JPH10510161A - 末端反復増幅方法 - Google Patents

末端反復増幅方法

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    • C12Q1/6865Promoter-based amplification, e.g. nucleic acid sequence amplification [NASBA], self-sustained sequence replication [3SR] or transcription-based amplification system [TAS]

Abstract

(57)【要約】 本発明は、比較的一定の温度で、試薬を連続的に加えることなく、特定核酸配列を増幅する方法に関する。この方法は、単一の反応媒体中に、RNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼ、一本鎖もしくは二本鎖のRNAもしくはDNAを加水分解することなくRNA−DNAハイブリッドのRNAを加水分解するリボヌクレアーゼ、ならびにリボヌクレシド三リン酸およびデオキシリボヌクレオシド三リン酸を加えるものである。この方法は次に、反応媒体中にRNA第1鋳型を加えるものである。RNA第1鋳型は、特定核酸配列に対して相補的な配列、RNAポリメラーゼによって認識されるプロモーターおよび開始部位のマイナスセンス配列、ならびに少なくとも開始部位のマイナスセンス配列に対して相補的である5’末端配列を有してなる。そうして、RNA第1鋳型は、5’末端ステム−ループ構造に折り畳まれ得る逆反復配列を有する。DNAポリメラーゼはRNA第1鋳型を用いて、共にRNA−DNAハイブリッドを有してなるDNA第2鋳型を合成する。DNA第鋳型は、プロモーターおよび開始部位のプラスセンス配列と、開始部位のプラスセンス配列に対して相補的な3’末端プライミング配列を有する。次に、リボヌクレアーゼがRNA−DNAハイブリッドを形成するRNAを加水分解することで、3’末端プライミング配列がDNA第2鋳型の開始部位のプラスセンス配列にハイブリッド形成することができる。次に、DNAポリメラーゼがDNA第2鋳型を用いて、DNA第2鋳型の3’末端プライミング配列を延長することによってプロモーターを合成する。得られる部分てきに二本鎖のDNAは、ステム−ループ構造の頂点方向に配向したプロモーターを有する。次に、RNAポリメラーゼがプロモーターの認識およびDNA第2鋳型の転写を行うことで、RNA第1鋳型のコピーを提供する。その後、この方法では、特定核酸配列またはそれの補体の所望の増幅を行うのに十分な時間にわたり、反応条件を維持する。本発明は、本発明の試薬を含むキットを包含するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 末端反復増幅方法 発明の属する技術分野 本発明は、鋳型内部に別の配列に対して相補的な末端配列を有する鋳型を用い ることで、特定核酸配列またはそれの相補体のコピー数を増幅する方法に関する 。発明の背景 サンプル中に核酸が存在するということが、そのサンプルの採取源は疾患、障 害または異常な身体状態を有することを示す場合がある。ある種の診断法は、サ ンプル中に核酸が存在するか否かを測定するものである。これらの診断法はコピ ー数の問題があることから、必ず核酸の増幅を必要とする。例えばウィルスまた は細胞の場合、特定遺伝子の一つのコピーが存在するのが普通である。遺伝子の 特定核酸の増幅を行われなければ、核酸の存在を検出することは困難な場合が多 い。 一つの方途は、in vitroの増幅法を用いて、サンプル中に存在する他の配列に 優先して、特定配列のコピー数を増加させるものである。「ポリメラーゼ連鎖反 応」(PCR)は、特定配列を有するDNA部分のコピー数を選択的に増加させ るための そのような方法の一つである(Mullis,K.et al.,Cold Spring Harbor Symp.Q uant.Biol.52: 263-273(1986),Mullis,K.,et al.、米国特許4683202 号)。通常PCRには、標的DNA配列を含むと予想されるサンプルをオリゴヌ クレオチドプライマーによって処理して、DNA依存性DNAポリメラーゼによ ってプライマー延長生成物を合成する段階が関与する。プライマー延長生成物D NA鎖は、好ましい実施態様では、熱変性を用いて鋳型鎖から分離される。次に 、元の鋳型とプライマー延長生成物の両方が、次およびその後の延長サイクルで 鋳型としての役割を果たして、各サイクル終了後にはサンプル中の標的DNA配 列数はほぼ倍化する。結果的に、複数のサイクルを行うことで、標的核酸配列が ほぼ指数関数的に増幅される。PCR法の至適な実施においては、温度の急速な 変化を行うことができるサーモサイクラー(thermocycler)ならびにDNA鎖を 分離する上で必要な90℃を超える温度に対する繰り返し曝露によって生じる変 性に対して耐性のTaq ポリメラーゼ(Saiki et al.,Science 239: 487-491(198 8)およびSaiki,R.et al,、米国特許4683195号)などのDNAポリメ ラーゼを使用する必要がある。 T7RT法と称される別のin vitroでの増幅方法(Burg et al,、米国特許5 437990号)は、DNAポリメラーゼ(逆転写酵素)に加えてRNAポリメ ラーゼを用いて、増幅サイクル当たりの生成物収量を増加させるものである。そ の方法には、2個のプライマーの使用が関与し、そのうちの1個は一連のプライ マーハイブリッド形成、プライマー延長および生成物変性の段階によってRNA 生成物からの二本鎖DNA中間体合成のためのプロモーターを含むものである。 その二本鎖DNA中間体は、二本鎖DNA中間体の追加コピー合成に使用するこ とができるRNAの複数コピーの合成のためのプライマーのうちの1個から誘導 されるプロモーターを含むものである。複数のサイクルによって、指数関数的増 幅が得られる。増幅サイクル当たりの生成物の収量は、PCRの収量より少なく とも1桁高いことから、全体的に同レベルの増幅を行うのに必要なサイクルが少 なくて済む。T7RT法の主要な欠点は、RNA生成物からcDNA中間体を分 離するのに必要であるが、その方法で使用される両方の熱不安定酵素を不活化す る固有の熱変性段階である。その結果、各サイクルで熱変性段階後に反応混合物 に新鮮な酵素を加えなければならない。 米国特許5409818号(Cangene Corporation)には、NASBA(商標 )として知られる別の増幅方法が記載されており、その方法には、2個のプライ マーの使用が関与し、そのうちの1個はプロモーターを有し、RNAポリメラー ゼ、DNAおよびRNA依存性DNAポリメラーゼ(逆転写酵素)およびRNA −DNAハイブリッドのRNA鎖を特異的に分解するリボヌクレアーゼ活性(例 えば、RNase Hまたは逆転写酵素の固有のRNase H活性)という4 つの酵素活性を有するものである。その循環プロセスは、全体的に比較的一定の 温度で、試薬を連続的に加えることなく行われ、第1のプライマーがRNA生成 物にハイブリッド形成し、逆転写酵素がRNA生成物を鋳型として用いて第1プ ライマーの延長によってDNA生成物を合成し、RNase Hが得られたRN A−DNAハイブリッドのRNAを分解し、第2プライマーとプロモーターとが DNA生成物にハイブリッド形成し、逆転写酵素が第2プライマーを鋳型として 用いてDNA生成物の延長によって二本鎖プロモーターを合成し、RNAポリメ ラーゼがプロモーターとDNA生成物を用いて同じRNA生成物の複数のコピー を転写する。 米国特許5130238号(Cangene Corporation)には、強化NASBA( 商標)として知られる強化核酸増幅法が記載されている。その方法は、米国特許 出願07/211384号に記載のものと類似しており、反応混合物にアルキル 化スルホキシド(例:ジメチルスルホキシド)およびBSAを加えることで強化 されるものである。 PCT出願PCT/CA95/00423号には、NASBA(商標)のさら なる改良が記載されている。DNAから増幅サイクルに入る際の熱変性を克服す るため、この増幅方法では、RNAポリメラーゼ、具体的には大腸菌RNAポリ メラーゼを用いて、増幅サイクルに入る際に関与する加熱段階を行わずに済ませ る。 これらの増幅方法があるにも拘わらず、増幅方法改良が望まれている。増幅方 法において、使用者が行うべき段階および操作が少なければ、好ましいと考えら れる。 省略する上で有効であると考えられる一つの段階は、誘導DNAに対してプロ モーター配列を加えてその後の転写を行わせるものである。例えば、DNAまた はRNA鋳型からのDNAの合成には、3’−OH基を有するDNAまたはRN Aプライ マーが必要であることが知られている。T7RNAポリメラーゼを用いるRNA の通常の合成にはRNAが転写される鋳型のすぐ上流に二本鎖DNAプロモータ ーが必要である。そのような転写RNAは、プロモーター配列を持たないと考え られる。そこで、誘導DNAにそのようなプロモーター配列を加えて、その後の 転写ができるようにする必要があろう。NASBA(商標)および強化NASB A(商標)増幅反応では、これらの基本的要件は、2個のプライマーを提供する ことで満足され、そのうちの第1のプライマーはRNA生成物にハイブリッド形 成し、第2のプライマーは、T7プロモーターのプラスセンス配列を有し、DN A生成物にハイブリッド形成する。第1プライマーは、鋳型としてRNA生成物 を用いて延長されてDNA生成物を形成し、そのDNA生成物はRNA生成物の 転写の鋳型として働く。DNA生成物は、第2プライマーを鋳型として用いて延 長されて、RNA生成物の転写のための二本鎖プロモーターを形成する。 本発明は、RNAポリメラーゼによって認識されるプロモーターのマイナスセ ンス配列に隣接する5’末端に逆反復配列を有するRNAを用いることで増幅サ イクルにおいて必要なプラ イマーの数を低減することによって、NASBA(商標)および強化NASBA (商標)増幅反応を改善するものである。このRNAのcDNAコピーは、プロ モーターのプラスセンス配列に隣接する3’末端に逆反復配列を有する。RNA 鎖を除去する際、cDNAは自己プライミングを行って、ステム−ループの頂点 方向に配向した二本鎖プロモーターを含む部分的二本鎖DNAステム−ループ構 造を形成することができる。このDNAの転写により、プロモーターのマイナス センス配列に隣接する5’末端に逆の反復配列を有する同じRNAの複数コピー が得られる。そこで、転写のRNA生成物は、RNAポリメラーゼによって認識 されるプロモーター配列のマイナスセンスをコードし、結果的にこのRNAのD NAコピーは転写のための鋳型として十分な機能性を持ち、プロモーターを有す るプライマーを加える必要がない。 他の研究者らが、核酸増幅方法において転写を行うことができる逆反復すなわ ち「ヘアピン」を有するプライマーの使用を報告している(Dattagupta,N.,EP 0427073A2およびEP 0427074A2;いずれも1991年5月15日公開)。しかし ながら、これらのヘアピンプライマーはプロモーター自体の配列を生成 物中に組み入れずに、標的配列の転写を行うことを目的とするプラスセンスのプ ロモーターをコードするものである。そこで、これらの特許に記載の方法は、N ASBA(商標)および強化NASBA(商標)の転写段階を単に模倣したもの である。さらにこれらの方法は、使用者による操作または機械的介入を必要とす る方法の場合を除き、循環、すなわち生成物からの鋳型の形成を提供するもので はなく、従って増幅の範囲が限られている。 リボヌクレアーゼHの使用を組み入れて、循環を起こすことができるようにし た以外は本質的に同じ方法が、WO91/18155号(Berniger,M.,et al. 、1991年11月28日公開)に記載されている。しかし、この図式で得られ る転写生成物はプロモーター配列を持たないことから、循環を行うには、2個の プライマーの存在が必要であり、第1のプライマーがプロモーターのプラスセン ス鎖とマイナスセンス鎖の両方をコードしなければならないという欠点がある。 それとは対照的に、NASBA(商標)および強化NASBA(商標)における 第1のプライマーは、プラスセンス鎖をコードするのみであり、NASBA(商 標)方法は、マイナス鎖を供給するDNA 合成を提供するものである。 そこで、(1)誘導DNAにプロモーター配列を加えてその後の転写を可能と する段階を省略し、(2)その方法に関与する段階の数を低減し、(3)使用者 の介入および操作を減らす増幅方法が望まれている。発明の概要 本発明は、比較的一定の温度で、試薬を連続的に加えることなく、特定核酸配 列を増幅する方法である。この方法は、段階(A)〜(C)を有してなり、それ らの段階によって、増幅が容易になり、使用者による介入および操作の必要性が 低下する。 段階(A)では、RNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼ、一本鎖もしくは 二本鎖のRNAもしくはDNAを加水分解することなくRNA−DNAハイブリ ッドのRNAを加水分解するリボヌクレアーゼ、ならびにリボヌクレシド三リン 酸およびデオキシリボヌクレオシド三リン酸を有してなる試薬を含む単一の反応 媒体が提供される。本発明による方法で使用することができる酵素の中には、2 以上の酵素活性を持つものもある。例えば、酵素である逆転写酵素は、DNA依 存性DNAポリメラーゼ活性とRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有してい る。 例えばリボヌクレアーゼのように、RNase Hを用いることができるが、逆 転写酵素の固有のリボヌクレアーゼ活性を代わりに用いることができる。従って 、例えば、DNAポリメラーゼおよびリボヌクレアーゼについて言及する場合は 必ず(あたかもそれが2つの異なる酵素であるかのように)、両方の活性を有す るただ一つの酵素の利用も含まれるものであることは注意すべき点である。 段階(B)では、反応媒体にRNA第1鋳型が提供される。RNA第1鋳型は 、特定核酸配列に対して相補的な配列、RNAポリメラーゼによって認識される プロモーターおよび開始部位のためのマイナスセンス配列、ならびに開始部位の マイナスセンス配列に対して相補的である5’末端配列を有してなるものである 。RNA第1鋳型を用いて、プロモーターおよび開始部位のプラスセンス配列な らびに開始部位のプラスセンス配列に対して相補的である3’末端プライミング 配列を有してなるDNA第2鋳型を合成する。そうして、DNA第2鋳型は、逆 反復配列を有し、その配列は、自己プライミングのための3’末端ステム−ルー プ構造中に折り畳むことができると考えられる。DNA第2鋳型は変換されて、 ステム−ループ構造の頂点 方向に配向した二本鎖プロモーターを含む形となる。二本鎖プロモーターを有す るDNA第2鋳型の形を用いて、元のRNA第1鋳型のコピーを合成する。 その後、循環(サイクル)が起こり、DNAポリメラーゼがRNA第1鋳型を 用いてDNA第2鋳型を合成し、リボヌクレアーゼがRNA−DNAハイブリッ ドのRNAを加水分解し、3’末端プライミング配列が前記開始部位の前記プラ スセンス配列にハイブリッド形成し、DNAポリメラーゼがDNA第2鋳型を用 いて二本鎖プロモーターを合成し、RNAポリメラーゼがプロモーターの認識お よびDNA第2鋳型の転写を行い、それによってRNA第1鋳型のコピーが得ら れる。 段階(C)では、特定核酸配列の所望の増幅を行うに十分な時間、反応のため の条件を維持する。 本発明の第1の実施態様においては、反応媒体およびサイクルはさらに、RN A第1鋳型にハイブリッド形成し、DNAポリメラーゼを用いて延長してDNA 第2鋳型を合成する第1のオリゴヌクレオチドプライマーを有してなるものであ る(図1A)。本実施態様の1態様においては、第1のオリゴヌクレオチドプラ イマーはさらに、5’自己相補的配列を有してなるこ とで、RNAポリメラーゼが第1のオリゴヌクレオチドプライマーの5’自己相 補配列を用いて3’自己相補配列を有するRNA第1鋳型を転写する(図1B) 。 そのサイクルを図1Aおよび図1Bに示してある。図1Aのサイクルの準備段 階となる段階(図2、図3および図4)も用いて、図1Bのサイクルのための準 備を行うこともできる。ただし、第1のプライマーはその5’末端にステム−ル ープを有するものと考えられる。 段階(B)のRNA第1鋳型を提供するには多くの方法がある。1実施態様に おいては(図2)、反応媒体中に、特定核酸配列を有してなる一本鎖RNAを提 供するものであり、反応媒体にDNAリガーゼ、第1のオリゴヌクレオチドプラ イマーおよびさらに5’末端ホスフェートを有する第2のオリゴヌクレオチドプ ライマーを加えることで、第2のオリゴヌクレオチドプライマーが一本鎖RNA にハイブリッド形成し;DNAポリメラーゼが一本鎖RNAを鋳型として用いて 、第2のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することで相補的DNAを合成し 、それによってRNA−DNAハイブリッドを形成し;リボヌクレアーゼがRN A−DNAハイブリッドの一部であるRNAを 加水分解し;第1のオリゴヌクレオチドプライマーが相補的DNAにハイブリッ ド形成し、;DNAポリメラーゼが相補的DNAを鋳型として用いて、第1のオ リゴヌクレオチドプライマーを延長することで第2のオリゴヌクレオチドプライ マーを末端とするDNA部分(セグメント)を合成し;DNAリガーゼがDNA 部分(セグメント)を第2のオリゴヌクレオチドプライマーに結合させて、DN A第2鋳型を形成し;RNAポリメラーゼがプロモーターの認識およびDNA第 2鋳型の転写を行うことで、RNA第1鋳型のコピーを提供するものである。本 実施態様の1態様においては、反応媒体に一本鎖RNAを加える。本実施態様の 別の態様においては、反応媒体に、プロモーターおよび相補的DNA鋳型を有し てなるDNAを加えることで、RNAポリメラーゼが相補的DNAを転写し、そ れによって一本鎖RNAのコピーが得られる。 別の実施態様においては、第1のプライマーの5’末端にステム−ループを提 供する。 別の実施態様においては、反応媒体にDNAリガーゼ、第1のオリゴヌクレオ チドプライマー、ならびに特定核酸配列に対して相補的な配列とさらに5’末端 ホスフェートを有してなる 5’末端第2オリゴヌクレオチドプライマー配列を有してなる一本鎖DNAを加 えることによって段階(B)のRNA第1鋳型を提供して、第1のオリゴヌクレ オチドプライマーが一本鎖DNAにハイブリッド形成し;DNAポリメラーゼが 一本鎖DNAを鋳型として用いて、第1プライマーを延長することによって一本 鎖DNAのステム−ループ構造の5’末端配列を末端とするDNAセグメント( 部分)を合成し;DNAリガーゼがDNA部分(セグメント)を一本鎖DNAの 5’末端配列に結合させることで、DNA第2鋳型を形成し;RNAポリメラー ゼがプロモーターの認識およびDNA第2鋳型の転写を行うことで、RNA第1 鋳型のコピーが得られる。本実施態様の1態様においては、一本鎖DNAを有し てなるRNA−DNAハイブリッドを加えることで、リボヌクレアーゼがRNA −DNAハイブリッドの一部であるRNAを加水分解する。 別の実施態様においては、反応媒体に、特定核酸配列を有してなる一本鎖RN A、第1のオリゴヌクレオチドプライマーならびにさらに5’末端オリゴヌクレ オチド部分を有してなる第2のオリゴヌクレオチドプライマーを加えることで段 階(B)のRNA第1鋳型を提供して、第2のオリゴヌクレオチドプラ イマーが一本鎖RNAにハイブリッド形成し;DNAポリメラーゼが一本鎖RN Aを鋳型として用いて第2のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することで相 補的DNAを合成し、それによってRNA−DNAハイブリッドを形成し;リボ ヌクレアーゼがRNA−DNAハイブリッドの一部であるRNAを加水分解し; 第1のオリゴヌクレオチドプライマーが相補的DNAにハイブリッド形成し、D NAポリメラーゼが相補的DNAおよび第2プライマーを鋳型として用いて、第 1のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することでDNA第2プライマーを合 成し、それによって第2プライマーのオリゴヌクレオチドセグメント(部分)に RNA−DNAハイブリッドを形成し;リボヌクレアーゼが第2プライマーのオ リゴリボヌクレオチド部分を加水分解することで、3’末端プライミング配列を DNA第2鋳型の開始部位のプラスセンス配列にハイブリッド形成させ;DNA ポリメラーゼがDNA第2鋳型を用いてDNA第2鋳型を延長することでプロモ ーターを合成し;RNAポリメラーゼがプロモーターの認識およびDNA第2鋳 型の転写を行い、それによってRNA第1鋳型のコピーが得られる。本実施態様 の1態様においては、反応媒体に一本鎖RNAを加える。本実施 態様の別の態様においては、反応媒体に、プロモーターおよび相補的DNA鋳型 を有してなるDNAを加えて、RNAポリメラーゼが相補的DNAを転写するこ とで、一本鎖RNAのコピーが得られる。 別の実施態様においては、反応媒体に、第1のオリゴヌクレオチドプライマー と特定核酸配列に対して相補的な配列およびさらに5’末端オリゴリボヌクレオ チド部分を有してなる5’末端第2オリゴヌクレオチドプライマー配列を有して なる一本鎖DNAを加えることで段階(B)のRNA第1鋳型を得て、第1のオ リゴヌクレオチドプライマーが一本鎖DNAにハイブリッド形成し;DNAポリ メラーゼが一本鎖DNAと第2のオリゴヌクレオチドプライマーを鋳型として用 いて、第1のオリゴヌクレオチドプライマーの延長によってDNA第2鋳型を合 成し、それによって第2プライマーの5’末端オリゴリボヌクレオチド部分にR NA−DNAハイブリッドを形成し;リボヌクレアーゼが第2プライマーのオリ ゴリボヌクレオチド部分を加水分解することで、3’末端プライミング配列をD NA第2鋳型における開始部位のプラスセンス配列にハイブリッド形成させ;D NAポリメラーゼがDNA第2鋳型を用いてDNA第2鋳型を延長することでプ ロモーターを合成し;RNAポリメ ラーゼがプロモーターの認識およびDNA第2鋳型の転写を行い、それによって RNA第1鋳型のコピーが得られる。本実施態様の1態様においては、一本鎖D NAを有してなるRNA−DNAハイブリッドを加えることで、リボヌクレアー ゼが、RNA−DNAハイブリッドの一部であるRNAを加水分解する。 別の実施態様においては、反応媒体に第1のオリゴヌクレオチドプライマーを 加え、反応媒体中に、RNA第1鋳型を有してなる一本鎖RNAを提供すること によって段階(B)のRNA第1鋳型を提供して、第1のオリゴヌクレオチドプ ライマーが一本鎖RNAにハイブリッド形成し;DNAポリメラーゼが一本鎖R NA鋳型を用いて第1のオリゴヌクレオチドプライマーの延長によってDNA第 2鋳型を合成することで、RNA−DNAハイブリッドを形成し;リボヌクレア ーゼがRNA−DNAハイブリッドを形成するRNAを加水分解することで、3 ’末端プライミング配列がDNA第2鋳型中の開始部位のプラスセンス配列にハ イブリッド形成することができ;DNAポリメラーゼがDNA第2鋳型を用いて 、DNA第2鋳型を延長することによってプロモーターを合成し;RNAポリメ ラーゼがプロモーターの認識およびDNA第2鋳型の転写を行うことで、RNA 第1鋳型のコピーが得られる 別の実施態様においては、反応媒体に、DNA第2鋳型を有してなる特定核酸 配列を有してなる一本鎖DNAを加えることで段階(B)のRNA第1鋳型を提 供して、3’末端プライミング配列が一本鎖DNAの開始部位のプラスセンス配 列にハイブリッド形成し;DNAポリメラーゼが鋳型として一本鎖DNAを用い てその3’末端から延長することによってプロモーターを合成し;RNAポリメ ラーゼがプロモーターの認識と一本鎖DNAの転写を行うことで、RNA第1鋳 型のコピーが得られる。 別の実施態様において、本発明の方法は、反応で使用された試薬の消費または 増幅サイクルの生成物蓄積について反応媒体をモニタリングする段階(D)を有 してなるものである。 別の実施態様においては、段階(D)において、そのサイクルの試薬消費もし くは生成物蓄積を、特定核酸配列またはその相補体が不在である対照サイクルの 場合と比較する。定義 本願においては、文脈的に別の意味となる場合を除き、以下の定義を用いる。 「AMV」=トリ骨髄性白血病ウィルス 「ATP」=アデノシン三リン酸 「CTP」=シトシン三リン酸 「相補的」=2個の核酸が、所定のイオン強度および温度条件下にハイブリッ ド形成することができること 「自己相補的」=単一配列内で相補的であること 「dATP」=デオキシアデノシン三リン酸 「dCTP」=デオキシシトシン三リン酸 「dGTP」=デオキシグアノシン三リン酸 「dTTP]=デオキシチミン三リン酸 「GTP」=グアノシン三リン酸 「ITP」=イノシン三リン酸 「KCl」=塩化カリウム 「MgCl2」=塩化マグネシウム 「NASBA(商標)」=米国特許出願07/211384号ならびに対応す る特許および特許出願に記載のような核酸に基づく増幅 「強化NASBA(商標)」=米国特許5130238号ならびに対応する特 許および特許出願に記載のような強化核酸増幅 「特定核酸配列」=増幅が望まれる一本鎖もしくは二本鎖の核酸の配列あるい はそのような配列に対して相補的な配列「TRAM(商標)」=末端反復増幅法 であって、本発明の方法 「トリスHCl」=トリス塩酸塩 「UTP」=ウリジン三リン酸 「末端プライミング配列」=自己相補的な末端配列図面の簡単な説明 本発明の実施態様を図示する図面において、 図1Aは、RNA第1鋳型と第1プライマーから出発するTRAMについての 循環的増幅プロセスの概略図である。 図1Bは、RNA第1鋳型から出発し、プライマーとは独立のTRAMについ ての循環的増幅プロセスの概略図である。 図2は、デオキシリボヌクレオシドのみを有してなる第1および第2のプライ マーを用いる、特定RNA配列から出発するRNA第1鋳型形成に必要な段階を 示す概略図である。 図3は、デオキシリボヌクレオシドのみを有してなる第1および第2のプライ マーを用いる、二本鎖DNA配列から出発するRNA特異的鋳型形成に必要な段 階を示す概略図である。 図4は、デオキシリボヌクレオシドを有してなる第1プライマーとデオキシリ ボヌクレオシドおよびリボヌクレオシドの混合物を有してなる第2プライマーを 用いる、特定RNA配列から出発するRNA第1鋳型形成に必要な段階を示す概 略図である。 図5は、増幅された特定核酸配列[RNA(配列番号2)およびcDNA(配 列番号3)]を示す図である。 図6は、TRAM第2プライマー(配列番号4)、NASBA(商標)第2プ ライマー(配列番号5)、ならびにNASBA(商標)とTRAMの両方につい ての第1プライマー(配列番号6)の核酸配列を示す図である。 図7は、TRAMでの特異的増幅の有効性に対する、5’リン酸化第2プライ マーおよびDNAリガーゼの効果を示す図である。 図8は、ヌクレオチド配列分析によって決定された増幅RNAの構造に対する 5’リン酸化第2プライマーおよびDNAリガーゼの効果を示す図である。 図9および10は、TRAMでの第1プライマー濃度の効果を示す図である。 図11および図12は、TRAMでの第2プライマー濃度の効果を示す図であ る。 図13および14は、TRAMとNASBA(商標)について至適化されたプ ライマー濃度を用いての、TRAMとNASBA(商標)との第1の比較の効果 を示す図である。 図15および16は、TRAM反応生成物の再増幅についての第2プライマー の独立性を示す図である。 図17および18は、TRAM反応生成物の再増幅における第1プライマー依 存性を示す図である。 図19は、ヌクレオチド配列分析によって決定された増幅RNA生成物の構造 に対するRNA−DNA複合体第2プライマーの効果を示す図である。 図20は、第1プライマー[P2(配列番号8)]と、5’末端ステム−ルー プ構造を有する別の第1プライマー2個[P2.1(配列番号9)およびP2. 2(配列番号10)]のヌクレオチド配列を示す図である。 図21および22は、プライマー不在下のTRAMでの循環的増幅における5 ’末端ステム−ループ構造を有する第1プライマーの使用を示す図である。好ましい実施態様の詳細な説明 本発明においては、図1Aおよび図1Bに示した循環的プロセスで、RNA第 1鋳型とDNA第2鋳型を、一方から他方の合成に交互に使用している。 本発明は、比較的一定の温度で、試薬を連続的に加えずに、特定核酸配列を増 幅する方法である。この方法は、段階(A)〜(C)を有してなり、それらの段 階によって、増幅が容易になり、使用者による介入および操作の必要性が低下す る。 段階(A)では、RNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼ、一本鎖もしくは 二本鎖のRNAもしくはDNAを加水分解することなくRNA−DNAハイブリ ッドのRNAを加水分解するリボヌクレアーゼ、ならびにリボヌクレオシド三リ ン酸およびデオキシリボヌクレオシド三リン酸を有してなる試薬を含む単一の反 応媒体が提供される。 この循環的増幅方法の好ましい実施態様においては、反応媒体はさらに、図1 Aに示したように、第1のRNA鋳型にハイブリッド形成し、循環的増幅方法で 使用される配列を有する1個のプライマー(第1のオリゴヌクレオチドプライマ ー)を有してなるものである。RNA第1プライマーを用いて、第1の オリゴヌクレオチドプライマーをRNA第1鋳型にハイブリッド形成し、DNA ポリメラーゼを用いる第1のオリゴヌクレオチドプライマーの延長によって相補 的DNA第2鋳型を合成することによって、DNA第2鋳型を合成する。 循環的増幅方法の別の実施態様においては、RNA第1鋳型はさらに、図1B に示したように、DNAポリメラーゼを用いてDNA第2鋳型を合成することに よって延長することができる3’末端プライミング配列を有してなる。 いずれの方法においても、DNA第2鋳型は、例えばRNA−DNAハイブリ ッドに特異的なリボヌクレアーゼ(例:リボヌクレアーゼH)を用いることによ るRNAの加水分解によって、得られるRNA−DNAハイブリッドのRNA第 1鋳型から分離される。DNA第2鋳型は変換されて、その3’末端プライミン グ配列をDNA第2鋳型の開始部位のプラスセンス配列にハイブリッド形成し、 DNAポリメラーゼを用いる3’末端配列の延長によるプロモーターのマイナス センス配列を合成することによって二本鎖プロモーターを含む形とする。二本鎖 プロモーターを有するDNA第2鋳型の形を用いて、RNA第1鋳型およびDN A第2鋳型において決定されているプロモー ター部位および転写開始部位を認識するRNAポリメラーゼを用いることによっ て、RNA第1鋳型のコピーを合成する。新たに合成された各RNA第1鋳型を 用いて、DNA第2鋳型を合成することができ、それを用いて、上記サイクルを 繰り返すことによってRNA第1鋳型のさらなるコピーを合成することができる 。さらに、サイクルの反復では、使用者の介入や操作は必要ない。 上記増幅方法には、前駆体(プライマー、リボヌクレオシド三リン酸およびデ オキシリボヌクレオチド三リン酸)の消費および生成物の正味蓄積(RNAおよ びDNA)が関与する。RNAおよびDNA合成の方法は、十分な濃度の核酸が 合成されて検出が可能となるまで、非同時的に進行させることになる。その増幅 方法は、例えば標識前駆体からの標識生成物の合成によってモニタリングするこ とができる。増幅方法の適用に有用な検出の図式は、米国特許5130238号 (Cangene Corporation)に記載されている。 増幅方法は、適切な反応条件下に、好適な鋳型核酸を適切な酵素、プライマー および補因子に加えることで開始する。この鋳型核酸は、均一かつ連続的な増幅 が可能で、図1Aおよび図 1Bに示したサイクルにおける中間体として機能し得る形である。鋳型核酸は、 5’末端にRNA第1鋳型を有してなる一本鎖RNAまたは3’末端にDNA第 2鋳型を有してなる一本鎖DNAであると考えられる。加えられる鋳型核酸は、 一本鎖RNAまたはDNA鋳型に対する前駆体であることもできる。例えば、反 応媒体に、プロモーターとDNA第2鋳型を有してなるDNAを加えて、RNA ポリメラーゼがDNA第2鋳型を転写し、それによって5’末端にRNA第1鋳 型を有してなる一本鎖RNAのコピーを得ることができると考えられる。別法と して、一本鎖DNAを有してなるRNA−DNAハイブリッドを加えて、リボヌ クレアーゼにRNAを加水分解させ、それによって3’末端にDNA第2鋳型を 有してなる一本鎖DNAのコピーを得ることも考えられる。 反応媒体に加えることができるDNA第2鋳型は代表的には、プロモーターお よび開始部位のプラスセンス配列と、開始部位にハイブリッド形成する3’末端 プライミング配列を有してなるものである。ある種の適用場面では、反応媒体に 加えられるDNAは、合成オリゴヌクレオチドの混合物を有してなることができ 、その場合、プロモーターのプラスセンス配列を、部分 的もしくは完全に変性した配列と部分的または完全に置換することができる。例 えば、転写開始部位の前の17個塩基配列は、4個のブロックされた各デオキシ ヌクレオシドアミドリン酸の等モル混合物を用いて合成することができる。加え られたDNA鋳型の混合物から、機能性プロモーターを有するもののみを、機能 性プロモーターのマイナスセンス配列を有するRNA生成物に転写することがで きる。そのRNA生成物は、DNA生成物への連続的逆転写と、それに続いてD NAのRNA生成物への転写を行って増幅して、十分なRNAおよびDNA生成 物を合成して配列決定を可能とすることができる。本発明のこの応用によって、 所定のRNAポリメラーゼに対する至適なプロモーターを見いだすことができる と考えられる。選択されるプロモーター配列は、増幅反応で使用される特定のR NAポリメラーゼによって決まる。RNAポリメラーゼは、例えばバクテリオフ ァージT7、T3、sp6、K11およびBA14によってコードされたものな どの天然のものであることができ、あるいは化学的もしくは遺伝的方法によって 変化させることができる。本発明のこの応用によって、認識配列が未知であるR NAポリメラーゼあるいは天然のプロモーター認識部位で変化を受 けているRNAポリメラーゼについてのプロモーター配列の決定を行うことがで きるはずである。本発明のこの応用を用いて、DNA鋳型中の重要と考えられる 部位の変性配列の位置決定を行うことによって、TRAM方法を至適化すること もできると考えられる。徹底的な増幅によって、主要生成物として、最も効果的 に増幅された配列が得られるはずである。重要と考えられる部位には、プロモー ターの上流の配列、プロモーター、開始部位ならびにステムおよびループなどが あると考えられる。 図1Aに示したように、プライマー依存性増幅方法では、RNA第1鋳型は、 それ自体の転写に十分な配列情報を有してなるものである。図1Bに示したよう に、プライマー非依存性方法では、RNA第1鋳型はさらに、それ自体の複製に 十分な配列情報を有してなるものである。この特殊化した配列情報は、増幅した い特定核酸配列には最初は存在しないのが一般的であり、循環的増幅プロセスの 前にRNA第1鋳型に加えなければならない。RNA第1鋳型は、例えばRNA 第1鋳型の転写および複製に必要な配列を有してなるオリゴヌクレオチドプライ マーを用いて、特定核酸配列から合成することができると考え られるDNA第2鋳型を有してなるDNAから転写できるものと考えられる。 図1Aに示されているような方法の好ましい実施態様で使用される第1のオリ ゴヌクレオチドプライマーは、特定の長さおよび塩基組成を持っことで、所定の イオン強度および温度の条件下に、RNA第1鋳型DNAへの特異的かつ有効な ハイブリッド形成およびDNA第2鋳型の合成を行うことができる3’末端プラ イミング配列を有してなる。さらに、同一の第1のオリゴヌクレオチドプライマ ーは反応媒体でのRNA第1鋳型提供の好ましい形態で使用され、その場合、第 1のオリゴヌクレオチドプライマーは、同一のイオン強度および温度条件下に、 特定核酸配列に対して相補的なDNAにハイブリッド形成し、延長してDNA第 2鋳型を合成する。第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、部分的または完全 に、天然ヌクレオチド以外のヌクレオチドまたはヌクレオチド類縁体から構成す ることができるものと考えられる。第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、特 定核酸配列やその相補体とは無関係の5’末端配列を有していても良い。1実施 態様においては、5’末端の無関係な配列が、図1Bに示したように、3’末端 自己相補的配列を さらに有してなるRNA第1鋳型の転写のための鋳型を提供する。この例では、 5’末端配列は同一の第1オリゴヌクレオチドプライマーの別の配列に対して相 補的であることで、5’末端ステム−ループ構造を形成することができる。 別法として、5’末端の無関係な配列またはその転写されたRNA相補体を、 固定化可能な核酸、あるいは検出を容易にするためのレポーターなどの有用な非 核酸系成分が結合し得る核酸にハイブリッド形成することができる。 鋳型核酸の製造は本増幅方法の一部ではないが、鋳型核酸形成のための図式に ついて説明することは、増幅方法の応用に対して有用なものであり得る。鋳型核 酸を得るのに用いることができる図式は、本明細書に記載の選択肢に限定される ものではないことは理解すべき点であり、他の方法を使用できるものと考えられ る。 反応媒体中にRNA第1鋳型を提供する好ましい形態は、特定核酸配列に対し て相補的な3’末端プライミング配列、プロモーターのマイナスセンス配列、開 始部位のマイナスセンス配列および開始部位のマイナスセンス配列に対して相補 的な5’末端配列を有してなる第2のオリゴヌクレオチドプライマーを 利用するものである。第2のオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端プライミ ング配列は、特定の長さおよび塩基組成を持つことで、所定のイオン強度および 温度条件下で、特定核酸配列への特異的かつ有効なハイブリッド形成および相補 的DNAの合成が可能である。プロモーターのプラスセンス配列の合成のための 鋳型として使用する場合のプロモーターおよび開始部位のマイナスセンス配列は 、RNAポリメラーゼの特異的かつ有効な結合および所望の部位での転写の開始 を可能とするだけの情報を有する。プロモーター配列は、天然プロモーターおよ び開始部位のマイナスセンス鎖から誘導することができる。好ましい実施態様に おいては、第2のオリゴヌクレオチドプライマーは、T7 RNAポリメラーゼ のための開始部位およびプロモーターのマイナスセンス配列を有する配列5′-TC TCCCTATAGTGAGTCGTATTA-3′(配列番号1)を有してなる。 別法として、別のファージRNAポリメラーゼのための開始部位およびプロモ ーターを用いることができる。第2のオリゴヌクレオチドプライマーの5’末端 配列は、特定の長さおよび塩基配列を持つことで、誘導DNA第2鋳型の3’末 端プライミング配列を転写開始部位のプラスセンス配列にハイブリッド 形成し、延長して転写プロモーターのマイナスセンス配列を付加することができ る。第2のオリゴヌクレオチドプライマーの5’末端配列と開始部位のマイナス センス配列の間の配列は特定の長さおよび組成を持つことで、所定のイオン強度 および温度条件下に、DNA第2鋳型を有してなる誘導DNAからの転写が可能 である。さらに、プロモーター機能とは無関係の配列を、プロモーターのマイナ スセンス配列と特定核酸配列にハイブリッド形成する3’末端プライミング配列 との間で、第2のオリゴヌクレオチドプライマーに含ませることができる。第2 プライマーは、天然オリゴヌクレオチド以外のヌクレオチドまたはヌクレオチド 類縁体で部分的または完全に構成されていても良いと考えられる。 RNA第1鋳型を提供する好ましい形態には、反応媒体へのDNAリガーゼお よびさらに5’末端ホスフェートを有してなる第2のオリゴヌクレオチドプライ マーの添加が関与する。第2のオリゴヌクレオチドプライマーの5’末端ホスフ ェートは、反応媒体からのATPを利用して第2のオリゴヌクレオチドプライマ ーの5’末端をリン酸化する、ポリヌクレオチドキナーゼなどの酵素の反応媒体 への添加によって、反応媒体中に提供 することができると考えられる。さらに、例えばアデノシン−5’−二リン酸な どの他の基を、第2のオリゴヌクレオチドプライマーの5’末端のホスフェート に代えて用いることができると考えられる。実際、式A(5’)pp(5’)[ 第2のオリゴヌクレオチドプライマー]を有するオリゴヌクレオチドは、それの 基質であるATP(またはNAD)と5’リン酸化された第2のオリゴヌクレオ チドプライマーに作用する場合に、DNAリガーゼによって反応媒体中に提供さ れる予想の中間体である。さらに、A(5’)pp(5’)[第2のオリゴヌク レオチドプライマー]を、5’リン酸化した第2のオリゴヌクレオチドプライマ ーより優先的に反応媒体に加えることができると考えられる。DNAリガーゼは 、DNA部分の3’末端を第2のオリゴヌクレオチドプライマーの5’末端に結 合させることができる酵素であることができる。好ましい態様においては、T4 DNAリガーゼが用いられる。さらに、原核生物細胞または真核生物細胞から 選択される他のDNAリガーゼを用いることができる。例えば大腸菌またはTher mus aquaticus からのものなどのこれらDNAリガーゼの一部を使用する場合に は、DNAリガーゼの基質として、反応媒体にNADを加えること が必要となる場合のあることが認められている。 RNAから始める場合、RNA第1鋳型を提供する好ましい形態には、特定核 酸配列、DNAリガーゼおよび5’末端ホスフェートを有する第2のオリゴヌク レオチドプライマーを有してなる一本鎖RNAの反応媒体への添加が関与するも のである(図2)。第2のオリゴヌクレオチドプライマーが一本鎖RNAにハイ ブリッド形成し、DNAポリメラーゼが一本鎖RNAを鋳型として用いて第2の オリゴヌクレオチドプライマーを延長して相補的DNAを合成し、それによって RNA−DNAハイブリッドを形成する。リボヌクレアーゼが、RNA−DNA ハイブリッドの一部であるRNAを加水分解して、一本鎖の相補的DNAを放出 し、そのDNAは、特定核酸配列、5’末端配列が開始部位のマイナスセンス配 列に対して自己相補的であるプロモーターおよび開始部位のマイナスセンス配列 、ならびに5’末端リン酸を有してなるものである(図2)。 第1のオリゴヌクレオチドプライマーが相補的DNAにハイブリッド形成し、 DNAポリメラーゼが相補的DNAを鋳型として用いて、第1のオリゴヌクレオ チドプライマーを延長することで第2のオリゴヌクレオチドプライマーを末端と するDN A部分を合成する。次に、DNAリガーゼがDNA部分の3’末端をオリゴヌク レオチドプライマーの5’末端に結合させることで、DNA第2鋳型を有してな るDNAを形成する。最後に、RNAポリメラーゼがプロモーターの認識および DNA第2鋳型の転写を行い、それによってRNA第1鋳型のコピーが得られる (図2)。 DNAから開始する場合、RNA第1鋳型を提供する好ましい形態には、DN Aリガーゼならびに特定核酸配列に対して相補的な配列、プロモーターおよび開 始部位のマイナスセンス配列、開始部位のマイナスセンス配列に対して相補的で ある5’末端配列および5’末端ホスフェートを有してなる一本鎖相補的DNA の反応媒体への添加が関与する。一本鎖相補的DNAは、特定核酸配列を有して なる一本鎖DNAから得ることができる(図3)。独立のプロセスで、まず一本 鎖DNAを熱的もしくは化学的変性によってDNA二本鎖から分離する。第2の オリゴヌクレオチドプライマーが一本鎖DNAにハイブリッド形成し、DNAポ リメラーゼが一本鎖DNAを鋳型として用いて、第2のオリゴヌクレオチドプラ イマーを延長することで相補的DNAを合成する。最後に、一本鎖相補的DNA が熱的も しくは化学的変性によって一本鎖DNAから分離され、次に、DNAリガーゼと ともに反応媒体に加えられる。反応媒体中では、相補的DNAが利用されて、R NAから開始する所定の好ましい形態によってRNA第1鋳型のコピーが得られ る(図3)。 一本鎖相補的DNAに加えて、RNAから開始する好ましい形態において指定 された他の核酸中間体を反応媒体に加えて、RNA第1鋳型を得ることができる 。例えば、反応媒体に、DNAリガーゼおよび一本鎖相補的DNAを有してなる RNA−DNAハイブリッドを加えることで、リボヌクレアーゼがRNAを加水 分解し、それによって一本鎖相補的DNAのコピーを得ることができると考えら れる。別法として、RNAから開始する好ましい形態に指定の核酸中間体のいず れかの前駆体を反応媒体に加えて、RNA第1鋳型を得ることができる。例えば 、反応媒体にプロモーターを有してなるDNAを加えて、RNAポリメラーゼが プロモーターの認識およびDNAの転写を行い、それによって一本鎖RNAのコ ピーを得ることができると考えられる。そのRNAおよびそれの前駆体であるD NAは、例えばNASBA(商標)などの増幅方法の生成物であることができる 。 反応媒体へのRNA第1鋳型提供の別の形態では、5’末端から好ましくは開 始部位のマイナスセンス配列の先までまたはプロモーターのマイナスセンス配列 の先まで、あるいは3’末端までのプライマーの全配列をさらに有してなる第2 のオリゴヌクレオチドプライマーの添加が関与する。第2のオリゴヌクレオチド はさらに、例えばリボグアノシンに代えてのリボイノシンおよびリボウリジンに 代えてのリボシトシンなどのヌクレオシド置換を有することで、5’末端ステム −ループ構造が反応媒体中で不安定であるが、同一条件下で、第2プライマーを 鋳型として用いて合成された相補的DNAの3’末端がそれ自体にハイブリッド 形成して、NDA合成をプライミングするようにすることができる。 RNA第1鋳型は、特定核酸配列および5’末端オリゴリボヌクレオチドセグ メント(部分)を有する第2のオリゴヌクレオチドプライマーを有してなる一本 鎖RNAを反応媒体に加えることで得ることができる(図4)。この第2のオリ ゴヌクレオチドプライマーが一本鎖RNAにハイブリッド形成し、DNAポリメ ラーゼが一本鎖RNAを鋳型として用いて第2のオリゴヌクレオチドプライマー を延長して相補的DNAを合成し、 それによってRNA−DNAハイブリッドが形成される。リボヌクレアーゼが、 RNA−DNAハイブリッドの一部であるRNAを加水分解して、5’末端に第 2のオリゴヌクレオチドプライマーを有してなる相補的DNAを放出する。第1 のオリゴヌクレオチドプライマーが相補的DNAに対してハイブリッド形成し、 DNAポリメラーゼが相補的DNAを鋳型として用いて、第1のオリゴヌクレオ チドプライマーを延長することでDNA第2鋳型を合成する。リボヌクレアーゼ が、第2のDNA鋳型とともにRNA−DNAハイブリッドを有してなる第2の オリゴヌクレオチドプライマーのRNA部分を加水分解する。これによって、3 ’末端DNA配列がDNA第2鋳型中の開始部位のプラスセンス配列にハイブリ ッド形成することができる。次に、DNAポリメラーゼがDNA第2鋳型を用い て、DNA第2鋳型を延長することでプロモーターを合成する。最後に、RNA ポリメラーゼがプロモーターの認識およびDNA第2鋳型の転写を行い、それに よってRNA第1鋳型のコピーが得られる(図4)。 RNA第1鋳型は、特定核酸配列に対して相補的な配列およびオリゴリボヌク レオチド部分を有する5’末端第2オリゴヌクレオチドプライマーを有してなる 一本鎖相補的DNAを反応 物に加えることで得ることができる。一本鎖相補的DNAは、特定核酸配列を有 してなる一本鎖DNAから開始する好ましい形態に記載されてるように別プロセ スで得ることができる。その場合、5’末端オリゴリボヌクレオチド部分を有し てなる第2のオリゴヌクレオチドプライマーを用いる。相補的DNAを用いて、 特定核酸配列を有してなる一本鎖RNAから開始する別の形態に記載されている 通りにして、RNA第1鋳型が得られる。 本発明で用いられる酵素はいずれも、一定の実用上の規格を満足しなければな らない。各酵素または酵素調製物は、多くの場合一定のDNAポリメラーゼおよ び一本鎖もしくは二本鎖の特異的なエキソヌクレアーゼもしくはエンドヌクレア ーゼに関連する5’もしくは3’エキソヌクレアーゼ活性などの有害なデオキシ リボヌクレアーゼ(「DNase」)活性がないものでなければならない。各酵 素または酵素調製物は、RNAとDNAのハイブリッドに特異的なリボヌクレア ーゼ活性(例:リボヌクレアーゼH)の好ましい追加以外の有害なリボヌクレア ーゼ(「RNase」)活性がないものでなければならない。さらに、各酵素は 、他の酵素プロセスおよびオリゴヌクレオチドプライマーのRNAもしくはDN A鋳型へのハイブリッド形 成などの非酵素的プロセスに用いられる一般的反応条件下で適正な活性を有する ものでなければならない。 本発明で使用されるRNAポリメラーゼは、プロモーターと称される特定のD NA配列に結合することができ、具体的にはプロモーターに非常に近接している 所定の開始部位でRNA合成を開始することができる酵素であることができる。 プロモーターと開始部位の配列は、RNA第1鋳型およびDNA第2鋳型の一部 を形成し、第2鋳型の一部として提供することができる。RNAポリメラーゼは 、妥当な時間内に、鋳型の機能性コピーによってRNAのいくつかのコピーを合 成することができるものでなければならない。さらに、RNAポリメラーゼは、 バクテリオファージRNAポリメラーゼ類を特徴づける特徴である比較的小さい プロモーターおよび開始部位を認識しなければならない。好ましい実施態様にお いては、バクテリオファージT7 RNAポリメラーゼを使用する。 別の実施態様においては、バクテリオファージT3 RNAポリメラーゼを使 用する。さらに、サルモネラファージsp6、ファージK11もしくはファージ BA14などの他のバクテリオファージRNAポリメラーゼを使用することもで きる。別法 として、別の原核生物または真核生物のRNAポリメラーゼを用いることができ る。代替のRNAポリメラーゼを使用する場合、特定のRNAポリメラーゼの鋳 型特異性に従って、第2プライマーのプロモーター配列および開始配列に対して 必要な変更を行わなければならないことが認められている。 本発明で使用されるDNAポリメラーゼは、オリゴヌクレオチドプライマーお よびDNA鋳型もしくはRNA鋳型からDNAを合成することができる酵素であ ることができる。さらにこの酵素は、RNase H活性を有することができる 。好ましい実施態様においては、トリ骨髄性白血病ウィルスポリメラーゼ(「A MV逆転写酵素」)が使用される。さらに、DNAポリメラーゼは、モロニー( Moloney)マウス白血病ウィルスなどの別のレトロウィルスからのものであって も良いと考えられる。別法として、DNAポリメラーゼをコードする他の真核生 物、原核生物またはウィルスを使用することができると考えられる。 本発明で使用可能と考えられるRNase Hは、相補的DNAに対してアニ ーリングされるRNAを加水分解することができる酵素であることができる。こ の酵素には、一本鎖および 二本鎖のRNAおよびDNAを加水分解する能力があってはならない。好ましい 実施態様においては、大腸菌RNase Hを用いる。さらに、仔ウシ胸腺RN ase Hなどの他のRNase H酵素も用いることができると考えられる。 RNase HはAMV逆転写酵素の固有の活性であることから、好ましい実施 態様においては、大腸菌RNase HにAMV逆転写酵素のRNase Hを 追加する。別法として、DNAからRNAを分離することができる他の酵素を使 用することができると考えられる。 上記の酵素およびプライマーは、DNA合成およびRNA合成の両方に必要な 緩衝液および補因子の入った反応容器中で混和する。さらに、イオン条件および 反応温度は、当業者には公知のように、DNA鋳型およびRNA鋳型に対するプ ライマーの特異的ハイブリッド形成に適合性でなければならない。反応混合物に は、増幅プロセスを妨害する可能性のある薬剤、具体的には酵素の活性をかなり 阻害し得る物質、プライマーおよび鋳型のハイブリッド形成を妨害し得る物質、 あるいは核酸の中間体および生成物を非生産的に分解し得る物質を含まないもの でなければならない。 米国特許5130238号に記載のように、反応媒体にDMSOとBSAの両 方を加えることで、上記の増幅方法の感受性および再現性が大幅に上昇する。増 幅方法の感受性および再現性を高めるためには、最終濃度範囲0%〜30%のD MSOおよび最終濃度範囲5μg/mL〜2500μg/mLのBSAが有用で ある。 増幅反応媒体でのDMSOおよびBSAの使用により、DMSOおよびBSA を使用しない反応媒体を用いた場合より感受性および再現性が高くなる。しかし ながら、標的核酸配列の検出および単離には、その反応媒体のみで十分である。実施例1:TRAM用のオリゴヌクレオチドプライマーおよびRNA鋳型の設計 および合成 DNAの消化および連結のための酵素を購入し(New England Biolabs)、供 給業者の説明に従って使用した。いずれの形質転換にも、大腸菌株HB101( ATCC33694)を使用した。大腸菌形質転換細胞を、50μg/mLでア ンピシリンを含むYT培地(Miller,1972)で成長させた。急速沸騰法(Holmes and Quigley,1981)によってプラスミドDNAを精製した。全ての構築に使用 されるDNA断片およびベクターは 低融点アガロースでの電気泳動によって分離し、フェノール抽出およびエタノー ル沈殿(Maniatis et al.,1982)によって溶融アガロースから精製した。ジデ オキシ法(Sanger et al,1977)の変法(Hattori et al.,1985)を用いて、プ ラスミドDNAの配列決定を行った。−20万能(universal)プライマー(New England Biolabs)を用いて反応を行った。HIV HXB2(遺伝子バンク受 け入れ番号K03455)の1.5kbのプロウィルスDNA断片をpGEM3 (Promega)の誘導体にサブクローニングすることによって、モデルRNA鋳型 の転写用に、プラスミドpGEM3X−HIV1を構築した。ヌクレオチド10 15のSau3AI部位およびヌクレオチド1144のPvuII部位を用いて 、HIV HXB2の別のDNA断片を切り取り、ヌクレオチド1414のPs tI部位およびヌクレオチド1442のSphI部位、ならびに合成アダプター GATCTGCA(Sau3AI末端とPstI末端を結合するため)およびSphIリ ンカーCGCATGCG(PvuII末端をSphI末端に変換するため)を用いてpG EM3X−HIV1に連結した。得られたプラスミドpGEM3X−HIV1− E2を次のようにRNA鋳型の転写に用いた。すなわち、pG EM3X−HIV1−E2約1μgをEco RIで消化し、エタノールで沈殿 させ、水5μLに溶かし、40mMトリス−HCl(pH8.5)、12mM MgCl2、50mM KCl、10mMジチオトレイトール、2mM ATP 、2mM CTP、2mM GTP、2mM UTP、1mM dATP、1m M dCTP、1mM dGTP、1mM dTTP、12.5単位のRNAガ ード(RNA-Guard; Pharmacia)および30単位のSP6を含む反応液20μL( 最終容量)ならびにRNAポリメラーゼ(Promega)に加えた。転写反応液を3 7℃で1時間インキュベーションし、次に1III(1単位)のRQDNase I(Promega)を加え、インキュベーションをさらに15分間継続した。得られ たRNA生成物HIV1−E2 RNAをフェノール:クロロホルム(1:1) で2回、クロロホルムで1回抽出し、 エタノールで沈殿させ、水に溶かした。 既知量のプラスミドDNAとRNAの連続希釈液とを比較することで、スロット −ブロットハイブリッド形成によって、HIV1−E2 RNAの濃度を測定し た。個々の第2プライマーおよび第1プライマーにハイブリッド形成する特定核 酸(RNA)配列およびそれの相補的DNA配列を、図5に開示 してある(配列番号2および3)。 TRAM第2プライマーを、化学的に結合した5’末端ホスフェートを有する 塩基78個のオリゴデオキシヌクレオチド(図6A、配列番号4)として合成し た。それは、12塩基対二本鎖によってフランキングされる塩基10個のループ 中に折り畳むことができる塩基34個の5’末端配列を有してなり、さらに、T 7 RNAポリメラーゼ開始部位;T7 RNAポリメラーゼプロモーターのマ イナスセンス配列を有してなる塩基22個の内部配列;および分析物の特定核酸 配列にアニーリングする塩基22個の3’末端プライミング配列(配列番号2の ヌクレオチド113〜134;遺伝子バンク受け入れ番号K03455のヌクレ オチド1497〜1518に対する相補体)を有してなる。対照として、図6A に示したように脱リン酸化TRAM第2プライマーを合成した。ただしそれは、 化学的に結合した5’末端ホスフェートを持たない。比較のため、NASBA( 商標)第2プライマーを塩基48個のオリゴデオキシヌクレオチドとして合成し た(図6B、配列番号5)。それは、T7 RNAポリメラーゼプロモーターお よび開始部位のプラスセンス配列を有してなる塩基26個の5’末端配列;なら び にTRAM第2プライマーと同じ分析物の特定核酸配列にアニーリングする塩基 22個の3’末端プライミング配列を有してなる。共通の第1プライマーを、塩 基21個のオリゴデオキシヌクレオチドとして合成した(図6C、配列番号6) 。それは、分析物の特定核酸配列に対して相補的なDNAにアニーリングする配 列を有してなる(配列番号2のヌクレオチド1〜21;遺伝子バンク受け入れ番 号K03455のヌクレオチド1091〜1111)。DNA合成装置(Applie d Biosystems 380A DNA synthesizer)を用いてオリゴヌクレオチドを合成した 。オリゴヌクレオチド合成に用いたカラム、アミドリン酸類および試薬は、テク ニカル・マーケティング・アソシエーツ(Technical Marketing Associates)を 介してアプライド・バイオシステムズ(Applied Biosystems)から入手した。オ リゴヌクレオチドは、ポリアクリルアミドゲル電気泳動と、それに続くDEAE セルロースクロマトグラフィーによって精製した。別法として、精製オリゴヌク レオチドを購入した(Synthetic Genetics; San Diego,CA,USA)。実施例2:特異的増幅の効率に対する5’リン酸化第2プライマーおよびDNA リガーゼの効果 各標準液では、40mMトリス−HCl(pH8.5)、12mM MgCl2 、50mM KCl、10mMジチオトレイトール、2mM ATP、2mM CTP、2mM GTP、2mM UTP、1mM dATP、1mM dC TP、1mM dGTP、1mM dTTP、15%(容量基準)ジメチルスル ホキシド、100μg/mLウシ血清アルブミン、8単位のAMV逆転写酵素( Seikagaku)、0.1〜0.2単位の大腸菌RNase H(Pharmacia)、20 〜40単位のT7anRNAポリメラーゼ(Pharmacia)および12.5単位の RNA−ガード(商標)(Pharmacia)を最終容量25μL中に含ませた。さら に、標準反応液の一部の中には、2nMのリン酸化TRAM第2プライマーおよ び2nMの第1プライマーを含有させた。これらのうち、1つの対照組み合わせ (組み合わせC)にはリガーゼを含有させず、他の組み合わせ(組み合わせDお よびE)にはそれぞれ、ニューイングランド・バイオラブス(New England Biol abs)からのT4 DNAリガーゼ(400単位)またはベテスダ・リサーチ・ ラボラトリーズ(Bethesda Research Laboratories)からのDNAリガーゼ(1 単位)を含有させた。さらに、標準反応液の一つの対照組 み合わせ(組み合わせB)には、2nMの脱リン酸化TRAM第2プライマーお よび2nMの第1プライマーを含有させた。さらに、標準反応液の一つの対照組 み合わせ(組み合わせA)(「標準NASBA(商標)反応液」と称される)に は、200nMのNASBA(商標)第2プライマーおよび200nMの第1プ ライマーを含有させた。各条件の組み合わせからの2倍反応液には、実施例1の 記載に従って得られたRNA鋳型分子104個を含有させた。各組み合わせの条 件からの一つの反応液には、追加の鋳型は加えなかった。反応液は40℃で90 分間インキュベーションした。 3%ヌシーブ(Nusieve ;商標)アガロース、1%アガロースおよび0.2μ g/mL臭化エチジウムの1×TAE(40mMトリス−酢酸、1mM EDT A2ナトリウム塩、pH8.0)からなるゲルで、使用緩衝液を1×TAEとし て、小分けした反応液(5μL)を電気泳動によって分析した。分離した核酸生 成物を紫外線透視装置で肉眼観察できるようにした。電気泳動後、TE42型移 動装置を製造業者(Hoeffer Scientific Instruments)の指示通りに用いて、ナ イロン膜(Hybond N;商標)上で核酸を電気ブロッティングした。 600mAで1時間あるいは20mAで終夜にて、1×TAE緩衝液中で移動を 行った。膜を乾燥させた後、UV透視装置で2分間、300nmにて照射するこ とで、核酸を固定した。 次に、[5’−32P]オリゴヌクレオチドプローブ(5′-CCAGGCCAGATGAGAGAA CCAAGGGGAAG-3′)(配列番号7)を用いてハイブリッド形成した。0.9M NaCl、0.09Mクエン酸ナトリウム、0.1%ウシ血清アルブミン、0. 1%ポリビニルピロリドン(40000)、0.1%フィコール(Ficoll(商標 );400000)、25mMトリス−HCl(pH7.5)、0.05%ピロ リン酸ナトリウムおよび0.5%ドデシル硫酸ナトリウムを含むハイブリッド形 成溶液1mL当たり1×106cpmの濃度で、標識プローブを加えた。ハイブ リッド形成は、50℃で最低2時間行った。ハイブリッド形成後、15mM N aCl、1.5mMクエン酸ナトリウムおよび0.5%ドデシル硫酸ナトリウム を含む溶液中、最初室温で5分間、次に50℃で30分間洗浄した。膜を類似の 溶液で1回すすぎ、風乾し、プラスチックのラップで覆った。強化スクリーンを 有するコダックXAR−5フィルムを用いて、−70℃にて必要な露光を行って 、オートラジオグラフィーを 行った。 反応生成物のブロットハイブリッド形成分析(図7)から、最も特異的な増幅 は、リン酸化TRAM第2プライマーおよびDNAリガーゼの両方を含む反応液 (組み合わせDおよびE、列2および3)について認められたことを示している 。反応液にDNAリガーゼがないと、生アガロースゲルで異なった移動を行う特 定生成物の量にかなりの低下が生じる(組み合わせC、列2および3)。脱リン 酸化TRAM第2プライマーを含み、DNAリガーゼを含まない反応液の場合、 特定生成物は、ハイブリッド形成によってごくわずかに検出されたのみであった (組み合わせB、列2および3)。組み合わせDまたはEの反応における特定生 成物の蓄積は、NASBA(商標)第2プライマーを含む反応液(組み合わせA 、列2および3)におけるものと同等であった。各組み合わせの条件について、 鋳型を加えなかった反応液からは、特定生成物は検出されなかった(組み合わせ A〜E、列1)。 図7において、以下の列は次の材料を含むものである。 1−鋳型を加えていない。 2,3−鋳型としてのHIV−1 E2 RNA分子104 個 A−NASBA(商標) B−脱リン酸化第2プライマーを含むTRAM反応液 C−リン酸化第2プライマーを含むTRAM反応液 D−リン酸化第2プライマー+リガーゼ(400U、NEB)を含むTRAM 反応液 E−リン酸化第2プライマー+リガーゼ(1U、BRL)を含むTRAM反応 液実施例3:増幅RNA生成物の構造に対する5’リン酸化第2プライマーおよび DNAリガーゼの効果 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。さらに、標準反応液の 2つの組み合わせに、500fmol(20nM)の第1プライマー、50fm ol(2nM)の脱リン酸化TRAM第2プライマーを含有させ、リガーゼを含 有させないか(組み合わせA)またはBRLからの1単位のT4 DNAリガー ゼを含ませるようにした(組み合わせB)。さらに、標準反応液の2つの組み合 わせに、500fmol(20nM)の第1プライマー、50fmol(2nM )のリン酸化TRAM第2プライマーを含有させ、リガーゼを含有させないか( 組 み合わせC)またはBRLからの1単位のT4 DNAリガーゼを含ませるよう にした(組み合わせD)。さらに、標準反応液の一つの対照組み合わせ(組み合 わせN)には、200nMのNASBA(登録商標)第2プライマーおよび20 0nMの第1プライマーを含ませた。各組み合わせの条件からの反応液には、実 施例1の記載に従って得られたRNA鋳型分子106個を含有させた。反応液は 40℃で90分間インキュベーションした。 各反応液のRNA生成物を、第1プライマーを用いる直接ジデオキシ配列決定 によって分析した。グラスウール栓を施し、バイオゲル(Bio-gel ;商標)P6 0(Bio-Rad ;商標)が40mMトリスHCl(pH7.2)および50mM NaClに入ったもの500μLを充填した微量ピペット先端からなるカラムを 用いる遠心脱塩によって、反応液少量ずつ(5〜10μL)を精製した。増幅R NA生成物を含むカラム(5μL)からの溶離液を、80mMトリスHCl(p H8.3)、100mM KCl、12mM MgCl2、10mMジチオトレ イトールおよび0.5pmol[5’−32P]第1プライマーを含む5μL混合 物に加えた。得られたプライミング混合 物を、50〜60℃で5分間インキュベーションし、次に5分間かけて室温まで 冷却した。AMV逆転写酵素1μL(10〜15単位)を加えた後、アニーリン グしたプライミング混合物を2.2μLずつに小分けし、それぞれ異なったdN TP/ddNTP混合物2μLを含む4本の試験管に加えた。得られたジデオキ シ配列決定反応液を48℃で15分間インキュベーションした。次に各反応液に 、チェイス(chase)液(0.5mMの各dNTP)2μLを加え、48℃での インキュベーションをさらに10分間継続した。それぞれの完了した配列決定反 応液に、配列決定染料混合物(95%ホルムアミド、20mM EDTA、0. 05%ブロモフェノールブルーおよび0.05%キシレンシアノールFF)4μ LおよびRNase A 1μL(1単位)を加えた。37℃で15分間インキ ュベーションして過剰のRNAを消化させた後、標識DNA配列決定生成物を2 分間沸騰させ、氷上で急冷した。各サンプルの少量ずつ(2〜2.5μL)を標 準7%ポリアクリルアミド配列決定ゲルに塗布し、標準的な電気泳動法を用いて 分析した。必要な露光時間でコダックXAR−5フィルムを用いて、オートラジ オグラフィーを行った。 増幅RNA生成物の配列決定分析は図8に示してある。 図8において、以下の列は以下の材料を含むものである。 P−増幅領域のプラスミドDNAの配列 N−NASBA(商標)RNA生成物の配列 A−脱リン酸化第2プライマーを用いて増幅されたTRAMRNA生成物の配 列 B−脱リン酸化第2プライマー+リガーゼを用いて増幅されたTRAM RN A生成物の配列 C−リン酸化第2プライマーを用いて増幅されたTRAM RNA生成物の配 列 D−リン酸化第2プライマー+リガーゼを用いて増幅されたTRAM RNA 生成物の配列 増幅RNA生成物はそれぞれ加えた鋳型の特定核酸配列を含有していたが、異 なる反応液間では、5’末端構造における変化が認められた。リン酸化TRAM 第2プライマーおよびDNAリガーゼの両方を含む反応液(組み合わせD)は主 として、図8における延長生成物Xによって示される予想のRNA生成物を与え た。このRNA生成物の配列決定分析からは、TRAM第2プライマーの5’末 端の34個の塩基に対して相補的な 配列を有する5’末端ステム−ループ構造(図6A)が示唆される。図8の短い 方の延長生成物Yによって示されるように、このステム−ループ構造は、脱リン 酸化TRAM第2プライマーを含む反応液(組み合わせAおよびB)またはDN Aリガーゼを含まない反応液(組み合わせAおよびC)からの増幅RNA生成物 にはほとんどの場合存在しなかった。これらの短い方のRNA生成物はやはり、 T7プロモーターのプラスセンス配列を含んでおり、図8の延長生成物Zによっ て示された標準NASBA(商標)反応液(組み合わせN)のRNA生成物には 存在しなかった。そこで、リン酸化TRAM第2プライマーおよびDNAリガー ゼのいずれも、TRAM第2プライマーを循環使用せずに増幅することができる DNA中間体の効率的形成には必要である。実施例4:TRAMにおける第1プライマー濃度の効果 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。さらに、標準反応液の 3つの組み合わせにT4 DNAリガーゼ(BRL)1単位および50fmol (2nM)のリン酸化TRAM第2プライマーを含有させ、組み合わせBについ て5pmol(200nM)、組み合わせCについて500fmo l(20nM)または組み合わせCについて50fmol(2nM)の量(最終 濃度)で第1プライマーを含有させた。さらに、標準反応液の対照組み合わせ( 組み合わせA)には、5pmol(200nM)のNASBA(商標)第2プラ イマーおよび5pmol(200nM)の第1プライマーを含有させた。条件の 各組み合わせからの二重反応液には、実施例1の記載に従って得られたRNA鋳 型分子106個、104個または102個を含有させた。条件の各組み合わせから の一つの反応液においては、鋳型を加えなかった。反応液は40℃で90分間イ ンキュベーションした。 反応液少量ずつ(5μL)を、実施例2の記載に従って、アガロースゲル電気 泳動およびブロットハイブリッド形成によって分析した。臭化エチジウム染色生 成物を肉眼で観察できるようにすることで(図9)、蓄積された生成物の濃度は 反応液中の第1プライマーの量によって決まることが明らかである。 第1プライマーの濃度はさらに、XおよびYによってそれぞれ示されるRNA 生成物およびRNA:DNAハイブリッド生成物の相対的蓄積量にも影響する。 5pmol(20nM)の第1プライマーを含有する反応液(組み合わせB)で は豊富な RNA:DNAハイブリッドは、500fmol(20nM)の第1プライマー (組み合わせC)を含む反応液では消失していた。RNA生成物の濃度はこれら の第1プライマー濃度のいずれによっても影響されなかったが、第1プライマー 濃度をさらに低下させて2nMとした場合(組み合わせD)、蓄積RNA生成物 の濃度にそれに比例した低下が生じた。 反応液の一部(例:組み合わせB、列1、4、5、6および7;ならびに組み 合わせC、列1、6および7)には他の生成物が含有されており、それらはRN A生成物より小さく、オリゴヌクレオチドプローブに対してハイブリッド形成し なかった。これらの非特定生成物は、第1プライマー濃度が相対的に高い反応液 または加えた鋳型の濃度が相対的に低い反応液において主要生成物となっていた 。例えば、加えた鋳型分子が104個である反応液(列4および5)では、非特 定生成物は、第1プライマー濃度が200nMの場合(組み合わせB)には支配 的であったが、20mMの場合(組み合わせC)ではそうではなかった。同様に 、NASBA(商標)第2プライマーを含む反応液(組み合わせA)における第 1プライマー濃度が同じ高さ(200nM)である場合、加えた鋳型濃度が分子 104個以 下では(列1、4、5、6および7)非特定生成物が支配的となった。そこで、 TRAM第2プライマーとNASBA(商標)第2プライマーのいずれの場合も 、相対的に高い第1プライマー濃度で、非特異的プライマー相互作用が比較的多 かった。 非特定生成物と特定生成物の間の競合は、ブロットハイブリッド形成分析から も明らかであった(図10)。 図9および10において、以下の列には以下の材料が含まれている。 1−鋳型を加えていない 2,3−鋳型としてのHIV−1 E2 RNA分子106個 4,5−鋳型としてのHIV−1 E2 RNA分子104個 6,7−鋳型としてのHIV−1 E2 RNA分子102個 A−NASBA(商標)(第2プライマー=5pmol;第1プライマー=5 pmol) B−TRAM(第2プライマー=50fmol;第1プライマー=5pmol ) C−TRAM(第2プライマー=50fmol;第1プライマー=500fm ol) D−TRAM(第2プライマー=50fmol;第1プライマー=50fmo l) NASBA(商標)(組み合わせA)とTRAM(組み合わせB)の両方の第 2プライマーにおいて、5pmol(200nM)の第1プライマーを含む反応 液では、加えた鋳型分子102個はごくわずかに増幅および/または検出された のみであった。しかしながら、TRAM第2プライマーおよび500fmol( 20nM)の第1プライマー(組み合わせC)を含む反応液では、加えた鋳型分 子102個は、比較的高い信頼性で増幅および/または検出された。第1プライ マー濃度をさらに低下させて50fmol(2nM)とすると、生成物収量およ び感度が低下した(組み合わせD)。そこで、50fmol(2nM)のTRA M第2プライマーを含有する反応液では、反応液当たり第1プライマーが500 fmol(20nM)の場合に至適な特異的増幅が得られた。実施例5:TRAMにおける第2プライマー濃度の効果 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。さら に、標準反応液の3つの組み合わせにT4 DNAリガーゼ(BRL)1単位お よび500fmol(20nM)の第1プライマーを含有させ、組み合わせBに ついて50fmol(2nM)、組み合わせCについて5fmol(0.2nM )または組み合わせCについて0.5fmol(0.02nM)の量でリン酸化 TRAM第2プライマーを含有させた。さらに、標準反応液の対照組み合わせ( 組み合わせA)には、5pmol(200nM)のNASBA(商標)第2プラ イマーおよび5pmol(200nM)の第1プライマーを含有させた。条件の 各組み合わせからの二重反応液には、実施例1の記載に従って得られたRNA鋳 型分子106個、104個または102個を含有させた。条件の各組み合わせから の一つの反応液においては、鋳型を加えなかった。反応液は40℃で90分間イ ンキュベーションした。 反応液少量ずつ(5μL)を、実施例2の記載に従って、アガロースゲル電気 泳動およびブロットハイブリッド形成によって分析した。臭化エチジウム染色生 成物を肉眼で観察できるようにし(図11)、特異的にハイブリッド形成された 生成物のオートラジオグラフィー(図12)を行うことで、蓄積された 生成物の濃度は、反応液中の第2プライマーの量にあまり依存しないことが明ら かである。 図11および12において、以下の列には以下の材料が含まれている。 1−鋳型を加えていない 2,3−鋳型としてのHIV−1 E2 RNA分子106個 4,5−鋳型としてのHIV−1 E2 RNA分子104個 6,7−鋳型としてのHIV−1 E2 RNA分子102個 A−NASBA(商標)(第2プライマー=5pmol;第1プライマー=5 pmol) B−TRAM(第2プライマー=50fmol;第1プライマー=500fm ol) C−TRAM(第2プライマー=5fmol;第1プライマー=500fmo l) D−TRAM(第2プライマー=0.5fmol;第1プライマー=500f mol) 50fmol(2nM)のTRAM第2プライマーを含む反応液(組み合わせ B)において最も多くの特定生成物が認められた。加えた鋳型分子が102の場 合(組み合わせC)、TRAM第2プライマーの濃度を低下させて5fmol( 0.2nM)としても特定生成物の収量および感度で生じた低下はごくわずかで あった。しかしながら、0.5fmol(0.02nM)のTRAM第2プライ マーを含む反応液(組み合わせC)では、生成物収量および感度のいずれにも悪 影響があった。加えた鋳型分子が102個のものに対する増幅および/または検 出の感度の低下は、5pmol(200nM)のNASBA(商標)第2プライ マーまたは50fmol(2nM)のTRAM第2プライマーを含む反応液(そ れぞれ組み合わせAおよび組み合わせB)において同様であった。そこで、反応 液当たりTRAM第2プライマー濃度50molが最適であり、それとともに、 第1プライマーでは500fmol(20nM)が最適であった。実施例6:TRAMとさらにはNASBA(商標)に関して至適化されたプライ マー濃度を用いた、TRAMとNASBA(商標)との第1の比較の効果 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。さらに、標準反応液の 一つの組み合わせ(「至適化TRAM反応液」と称される)にT4 DNAリガ ーゼ(BRL)1単位と50fmol(20nM)のリン酸化TRAM第2プラ イマーおよび500fmol(20nM)の第1プライマーを含有させた。さら に、標準反応液の別の組み合わせ(組み合わせA)には、50fmol(2nM )のNASBA(商標)第2プライマーおよび500fmol(20nM)の第 1プライマーを含有させた。条件の各組み合わせからの二重反応液には、実施例 1の記載に従って得られたRNA鋳型分子106個、104個または102個を含 有させた。条件の各組み合わせからの一つの反応液においては、鋳型を加えなか った。反応液は40℃で90分間インキュベーションした。 反応液少量ずつ(5μL)を、実施例2の記載に従って、アガロースゲル電気 泳動およびブロットハイブリッド形成によって分析した。臭化エチジウム染色生 成物を肉眼で観察できるよ うにし(図13)、特異的にハイブリッド形成された生成物のオートラジオグラ フィー(図14)を行うことで、50fmol(20nM)の第1プライマーを 含むNASBA反応液からは、いかなる添加鋳型濃度でも生成物は検出されなか ったことが示される。 図13および14において、以下の列には以下の材料が含まれている。 1−鋳型を加えていない 2,3−HIV−1 E2 RNA分子106個 4,5−HIV−1 E2 RNA分子104個 6,7−HIV−1 E2 RNA分子102個 A−NASBA(商標)(第2プライマー=50fmol;第1プライマー= 500fmol) B−TRAM(第2プライマー=50fmol;第1プライマー=500fm ol) 逆に、至適化TRAM反応液中でこれら同一プライマー濃度の場合に、添加鋳 型分子102個に下げても、特定生成物の増幅および検出が生じた。これらの結 果は、NASBA(商標)法およびTRAM法において大きい差のあることを示 しており、 TRAMにおける第2プライマーの特殊な構造の効果が明らかである(図6Aお よび6B参照)。実施例7:TRAM反応生成物の再増幅における第2プライマーの独立性 実施例2および6の記載に従って、それぞれ標準NASBA(商標)反応液お よび至適化TRAM反応液を組み合わせた。各反応液には、実施例1の記載に従 って得られたRNA鋳型分子104個を含ませた。反応液は40℃で90分間イ ンキュベーションした。インキュベーションした各反応液の一部をDNase Iで処理して、残留するプライマーを除去した。NASBA(商標)反応液およ びTRAM反応液の両方のDNase I処理部分および未処理部分のいずれに ついても、1014までの連続10倍希釈液を調製した。 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。さらに標準反応液には 、組み合わせAについて5pmol(200nM)および組み合わせBについて 500fmol(20nM)という量で、第1プライマーを含有させた。組み合 わせAからの二重反応液には、標準NASBA(商標)反応液のDNase I 処理部分または未処理部分の10-11、10-12、 10-13または10-14希釈液2μLずつを含有させた。組み合わせBからの二重 反応液には、至適化TRAM反応液のDNase I処理部分または未処理部分 の10-9、10-10、10-11または10-12希釈液2μLずつを含有させた。条 件の各組み合わせからの一つの反応液においては、鋳型を加えなかった。反応液 は40℃で90分間インキュベーションした。 反応液少量ずつ(5μL)を、実施例2の記載に従って、アガロースゲル電気 泳動およびブロットハイブリッド形成によって分析した。臭化エチジウム染色生 成物を肉眼で観察できるようにし(図15)、特異的にハイブリッド形成された 生成物のオートラジオグラフィー(図16)を行うことで、連続希釈およ未処理 のTRAM生成物は、第1プライマーのみを含有する標準反応液中で増幅され得 ることがわかる。 図15および16において、以下の列には以下の材料が含まれている。 1−鋳型を加えていない 2,3−鋳型としてのNASBA(商標)反応液10-11希釈液2μL 4,5−鋳型としてのNASBA(商標)反応液 10-12希釈液2μL 6,7−鋳型としてのNASBA(商標)反応液10-13希釈液2μL 8,9−鋳型としてのNASBA(商標)反応液10-14希釈液2μL 10−鋳型を加えていない 11,12−鋳型としてのTRAM反応液10-9希釈液2μL 13,14−鋳型としてのTRAM反応液10-10希釈液2μL 15,16−鋳型としてのTRAM反応液10-11希釈液2μL 17,18−鋳型としてのTRAM反応液10-12希釈液2μL A−第1プライマー5pmolを含み、第2プライマーを含まないNASBA (商標)反応液 B−第1プライマー500fmolを含み、第2プライマーを含まないTRA M反応液 P−陽性ハイブリッド形成対照 特定生成物を、10-11または10-12に希釈されていた至適化TRAM反応液 の生成物(それぞれ、図14,組み合わせB、列15および16;または図15 、組み合わせB、列17および18)から増幅および検出した。逆に、いずれの 希釈液においても、標準NASBA(商標)反応液の未処理生成物は、NASB A(商標)第2プライマー(組み合わせA、列2〜9)がなければ増幅できなか った。DNase I処理したNASBA(商標)反応液およびTRAM反応液 の連続希釈液を用いた場合も、同様の結果が得られた(データは示さなかった) 。 NASBA(商標)反応液のRNA生成物は、二本鎖DNAプロモーターが合 成できるプロモーター配列を持たない。むしろ、各サイクルで鋳型として用いて 、RNA鋳型のDNA生成物に対する機能的二本鎖プロモーターを再生させなけ ればならない第2プライマーにはプロモーター配列がある。しかしながら、TR AM DNA生成物における末端ステム−ループに関してプロモーターの独特の 配置により、プロモーターのマイナスセンス配列を有するTRAM RNA生成 物の転写が行われる。そのTRAM RNA生成物を鋳型として用いて、各サイ クルで、プロモーターを含むプライマーを必要とせずに、二本 鎖プロモーターを有するDNA生成物を合成することができる。そこで、増幅の 開始によって加えた鋳型から最初のDNA生成物を形成するには、リン酸化TR AM第2プライマーおよびDNAリガーゼが必要であるが、TRAM反応液のR NA生成物およびDNA生成物からの増幅の循環的展開には必要ない。実施例8:TRAM反応液生成物の再増幅についての第1プライマー依存性 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。さらに、標準反応液の 一つの組み合わせ(組み合わせB)には、第1プライマー500fmol(20 nM)を含有させた。標準反応液の別の組み合わせ(組み合わせA)には、追加 のプライマーは含有させなかった。条件の各組み合わせからの二重反応液には、 実施例7の記載に従って得られた至適化TRAM反応液の10-9、10-10、1 0-11または10-12希釈液2μLずつを含有させた。条件の各組み合わせからの 一つの反応液においては、鋳型を加えなかった。反応液は40℃で90分間イン キュベーションした。 反応液少量ずつ(5μL)を、実施例2の記載に従って、アガロースゲル電気 泳動およびブロットハイブリッド形成によっ て分析した。臭化エチジウム染色生成物を肉眼で観察できるようにし(図17) 、特異的にハイブリッド形成された生成物のオートラジオグラフィー(図17) を行うことで、連続希釈TRAM生成物は、プライマーを含まない標準反応液中 で増幅できなかったことがわかる(組み合わせA、列2〜7)。 図17および18において、以下の列には以下の材料が含まれている。 1−鋳型を加えていない 2,3−DNase I処理TRAM生成物の10-9希釈液2μL 4,5−DNase I処理TRAM生成物の10-10希釈液2μL 6,7−DNase I処理TRAM生成物の10-11希釈液2μL 8,9−DNase I処理TRAM生成物の10-12希釈液2μL A−第1プライマー500fmolのみを含むTRAM反応液 しかしながら、実施例8で示したように、TRAM反応液の 10-12までの希釈液は、第1プライマーのみを含有する標準反応液中(組み合 わせB、列2〜7)で効果的に増幅された。そこで、TRAM反応液のRNA生 成物およびDNA生成物からの増幅の循環的展開には、第1プライマーが必要で ある。実施例9:TRAM反応に対するITPの効果 実施例2および6の記載に従って、それぞれ標準NASBA(商標)反応液お よび至適化TRAM反応液を組み合わせた。さらに、標準NASBA(商標)反 応液および至適化TRAM反応液の一つの組み合わせを、標準2mM GTPに 代えて1mM GTPおよび1mM ITPの混合物と組み合わせた。各反応液 には、ニューイングランド・ニュークレア(New England Nuclear; Cambridge M A)から供給の40μCi[α32P]CTP(3000Ci:/mmol)およ び実施例1の記載に従って得られたRNA鋳型分子104個を含ませた。反応液 は40℃で90分間インキュベーションした。 各反応条件における総RNA合成レベルは、各反応液のTCA不溶性放射能の 取り込みを測定することで求めた。増幅反応液少量ずつ(5μL)を10mM EDTA 20μL中で反応停止してから氷に入れ、全時点のサンプルを得るま でそれを 行った。反応停止サンプルをガラスフィルター円板に塗布し、直ちに、氷冷した 5%トリクロロ酢酸(「TCA」)−1%ピロリン酸ナトリウムに入れて、時々 攪拌しながら10分間経過させた。氷冷5%TCAによる5分間の洗浄を2回と 、次に95%エタノールによる追加の洗浄を2回行って、凍結乾燥した。液体シ ンチレーションカウンターで、放射能を測定した。 表1にまとめた結果は、標準条件下(2mM GTP)でのNASBA(商標 )反応液からのRNAの量と比較した、各反応条件下で合成されたRNAの絶対 量を示している。ITPを含まない至適化TRAM反応液からのRNA合成は、 標準NASBA(商標)反応液から認められた量のわずか34.5%であった。 1mM ITPを1mM GTPに切り換えても、NASBA(商標)反応液で は効果はなかったが、TRAM反応液での総RNA合成レベルをNASBA(商 標)で認められた値の34.5%から84%まで上昇させた。TRAM RNA 生成物の5’末端ステム−ループは、NASBA(商標)RNA生成物との最も 顕著な相違であり、ITPによるRNA合成の促進における相対的相違を説明し 得るものである。RNA生成物へのITP組み込みにより、5’末端ステム−ル ープ が不安定となり、それがDNAコピーの合成時にAMV逆転写酵素によるそれの 置換を促進するものと考えられる。このことは、ITPを用いた場合または用い ない場合で合成されたTRAM RNA生成物からのP2−プライミングcDN A合成によって実験的に明らかになっている。逆転写酵素は、ITPを含まない RNAの5’末端に対して相補的な配列で、より容易に減衰した。そこで、TR AM反応液中に、1mM GTPとともに1mM ITPを加えることで、転写 レベルはNASBA(商標)のものと同等となった。 実施例10:増幅RNA生成物の構造に対するRNA−DNA複合体第2プライ マーの効果 図6Aに開示し実施例1で説明したTRAM第2プライマー (配列番号4)を、44個のデオキシヌクレオチドの3’末端オリゴヌクレオチ ドセグメントヘリン酸ジエステル結合を介して結合した34個のリボヌクレオチ ドの5’末端オリゴヌクレオチドセグメントを有してなる塩基78個のRNA− DNA複合体オリゴヌクレオチドとして合成した。この複合体TRAM第2プラ イマーの5’末端はリン酸化されていなかった。 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。さらに、標準反応液の 2つの組み合わせには、第1プライマー500fmol(20nM)、リン酸化 TRAM第2プライマー50fmol(2nM)を含有させ、リガーゼを含有さ せないか(組み合わせA)またはBRLからのT4 DNAリガーゼ1単位(組 み合わせB)を含有させた。さらに、標準反応液の第3の組み合わせには、第1 プライマー500fmol(20nM)および複合体TRAM第2プライマー5 0fmol(2nM)を含有させた。条件の各組み合わせからの反応液には、実 施例1の記載に従って得られたRNA鋳型分子106個を含有させた。反応液は 40℃で90分間インキュベーションした。 各反応液のRNA生成物は、実施例3の記載に従って直接ジ デオキシ配列決定によって分析した。増幅RNA生成物の配列決定分析を、pG EM3X−HIV 1 E2からのプラスミドDNAを用いて得られた配列(組 み合わせP)との比較で図19に示した。 図19において、以下の列は以下の材料を含むものである。 P−増幅領域でのプラスミドDNAの配列 A−リガーゼを用いずに標準第2プライマーを用いて増幅したTRAM RN A生成物の配列 B−リガーゼを用いて標準第2プライマーを用いて増幅したTRAM RNA 生成物の配列 C−リガーゼを用いずにRNA−DNA複合体第2プライマーを用いて増幅し たTRAM RNA生成物の配列 各増幅RNA生成物は加えた鋳型の特定核酸配列およびT7プロモーターのプ ラスセンス配列を有していたが、異なる反応液間で、5’末端構造に相違が認め られた。DNAリガーゼを用いないと、リン酸化TRAM第2プライマーのみを 含む反応液(組み合わせA)は主として、TRAM第2プライマーの5’末端ス テム−ループ配列のない図19の切断RNA生成物Yを与えた(図8の組み合わ せCと比較)。リン酸化TRAM第2 プライマーおよびDNAリガーゼの両方を含む反応液(組み合わせB)は主とし て、図19の延長生成物Xによって示される予想のRNA生成物を与えた(図8 の組み合わせDと比較)。このRNA生成物の配列決定分析は、TRAM第2プ ライマーの5’末端の塩基34個に対して相補的な配列を有する5’末端ステム −ループ構造を示唆している(図6A)。複合体TRAM第2プライマーを有す る反応液(組み合わせC)は、同様の長さのRNA生成物を与えた。このRNA 生成物の配列分析は、複合体TRAM第2プライマーの5’末端の塩基34個と 同一の配列を有する5’末端ステム−ループ構造を示唆している(図6A)。組 み合わせAおよびBの反応液は、特定核酸配列に加えて、いくつかのプライマー 関連の非特定配列を有する。結果は、5’末端オリゴリボヌクレオチド部分を有 するTRAM第2プライマーの使用が、TRAM第2プライマーの循環的使用を 行わずに増幅できるRNA生成物形成の実行可能な代替法であることを示してい る。実施例11:プライマー不在下での循環的増幅における5’末端ステム−ループ を有する第1プライマーの使用 それぞれが図6Cおよび図20Aの第1プライマー(P2) 配列と同一の塩基21個の3’末端プライミング配列(配列番号8)を有してな る2個の代替の第1プライマーを合成した。これら代替プライマーのうちの一つ であるP2.1は、8塩基対二本鎖(pair duplex)によってフランキングされ た塩基7個のループに折り畳まれ得る塩基23個の5’末端配列をさらに有して なる塩基44個のオリゴデオキシヌクレオチドである(図20B、配列番号9) 。これらの代替プライマーの第2のものであるP2.2は、4塩基対二本鎖によ ってフランキングされた塩基1個のループに折り畳まれ得る塩基9個の5’末端 配列をさらに有してなる塩基30個のオリゴデオキシヌクレオチドである(図2 0C、配列番号10)。 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。さらに、標準反応液の 各組み合わせには、リン酸化TRAM第2プライマー50fmol(2nM)お よびT4 DNAリガーゼBRL 1単位を含有させた。さらに、標準反応液の 各組み合わせには、第1プライマーP2(組み合わせA)、P2.1(組み合わ せB)またはP2.2(組み合わせC)を500fmol(20nM)を含有さ せた。条件の各組み合わせからの反応液には、実施例1の記載に従って得られた RNA鋳型分子 104個を含有させた。反応液は40℃で90分間インキュベーションした。イ ンキュベーションした各反応液の一部をDNase Iで処理して、残留プライ マーを除去した。NASBA(商標)反応液およびTRAM反応液のDNase I処理部分および未処理部分の両方について、108までの連続100倍希釈 液を調製した。 実施例2の記載に従って、標準反応液を組み合わせた。標準反応液には、プラ イマーは加えなかった。二倍反応液には、TRAM反応液の組み合わせのDNa se I処理部分または未処理部分の104、106または108希釈液2μLず つを含有させ、各種第1プライマーを用いて実施した。各組み合わせからの一つ の反応液には、鋳型を含有させなかった。反応液は40℃で90分間インキュベ ーションした。 反応液少量ずつ(5μL)を、実施例2の記載に従って、アガロースゲル電気 泳動およびブロットハイブリッド形成によって分析した。臭化エチジウム染色生 成物を肉眼で観察できるようにし(図21)、特異的にハイブリッド形成された 生成物のオートラジオグラフィー(図22)を行うことで、P2第1プライマー (組み合わせA)を用いて増幅したTRAM RNA 生成物について、プライマー不在下での再増幅は常に10-4希釈液でのみ認めら れたことがわかる(図17および18の組み合わせA参照)。 図21および22において、以下の列には以下の材料が含まれている。 1−鋳型を加えていない 2,3−一次TRAM反応液の10-4希釈液 4,5−一次TRAM反応液の10-6希釈液 6,7−一次TRAM反応液の10-8希釈液 A−第1プライマー(P2) B−第1プライマー(P2.1) C−第1プライマー(P2.2) 逆に、第1プライマーとしてP2.1(組み合わせB)またはP2.2(組み 合わせC)のいずれかを用いて増幅したTRAM RNA生成物は、108希釈 までプライマー不在下に再増幅することができた。後者の2個の第1プライマー のうち、小さい方のステム−ループ構造を有するP2.2は、プライマー不在下 で、より有効に増幅され得るRNA生成物を形成するように思われる。第1プラ イマーの5’末端配列についてさら に至適化を行うことで、増幅RNA生成物の自己プライミング効率をさらに向上 させることができると考えられる。そこで、ステム−ループ構造に折り畳まれ得 る5’末端配列を有する第1プライマーを用いて、3’末端プライミング配列を 有するRNA生成物を増幅することができる。いったん形成したら、3’末端プ ライミング配列を有するこれらのRNA第1鋳型をプライマーを用いずに循環的 プロセスで増幅することができる。 以上、本発明者らによって発見または提案された特定の実施態様によって本発 明の実施における好ましい態様を盛り込むことで、本発明を説明した。本発明の 開示内容を考慮すれば、本発明の所期の範囲から逸脱しない限りにおいて、例示 した特定の実施態様において多くの改良および変更を施すことが可能であること は当業者には明らかである。例えば、コドン過剰を理由として、蛋白配列に影響 を与えることなく、基礎となるDNA配列に変更を加えることが可能である。さ らに、生理機能の等価性を考慮して、生理活性の種類や量に影響を与えることな く、蛋白構造を変えることが可能である。そのような改良はいずれも、添付の請 求の範囲に含まれるべきものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U G),AM,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C N,CZ,EE,FI,GE,HU,JP,KE,KG ,KP,KR,KZ,LK,LR,LT,LV,MD, MG,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,RO,R U,SD,SI,SK,TJ,TT,UA,US,UZ ,VN 【要約の続き】 部位のプラスセンス配列に対して相補的な3’末端プラ イミング配列を有する。次に、リボヌクレアーゼがRN A−DNAハイブリッドを形成するRNAを加水分解す ることで、3’末端プライミング配列がDNA第2鋳型 の開始部位のプラスセンス配列にハイブリッド形成する ことができる。次に、DNAポリメラーゼがDNA第2 鋳型を用いて、DNA第2鋳型の3’末端プライミング 配列を延長することによってプロモーターを合成する。 得られる部分てきに二本鎖のDNAは、ステム−ループ 構造の頂点方向に配向したプロモーターを有する。次 に、RNAポリメラーゼがプロモーターの認識およびD NA第2鋳型の転写を行うことで、RNA第1鋳型のコ ピーを提供する。その後、この方法では、特定核酸配列 またはそれの補体の所望の増幅を行うのに十分な時間に わたり、反応条件を維持する。本発明は、本発明の試薬 を含むキットを包含するものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 比較的一定の温度で、試薬を連続的に加えることなく、特定核酸配列を増 幅する方法であって、 (A)(i)第1のオリゴヌクレオチドプライマー、 (ii)RNAポリメラーゼ、 (iii)DNAポリメラーゼ、 (iv)一本鎖もしくは二本鎖のRNAもしくはDNAを加水分解するこ となくRNA−DNAハイブリッドのRNAを加水分解するリボヌクレアーゼ、 ならびに (v)リボヌクレシド三リン酸およびデオキシリボヌクレオシド三リン 酸 を有してなる試薬を含む単一の反応媒体を提供する段階; (B)前記特定核酸配列に対して相補的な配列、前記RNAポリメラーゼによ って認識されるプロモーターおよび開始部位のマイナスセンス配列、ならびに少 なくとも前記開始部位の前記マイナスセンス配列に対して自己相補的である5’ 末端配列を有してなるRNA第1鋳型を有してなるRNAを前記反応媒体中に提 供する段階であって、 (i)前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが前記RNA第1鋳型 にハイブリッド形成し、 (ii)前記DNAポリメラーゼが前記RNA第1鋳型を用いて、前記第 1のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することでDNA第2鋳型を合成し、 それによってRNA−DNAハイブリッドを形成し、前記DNA第2鋳型は前記 プロモーターおよび前記開始部位のプラスセンス配列ならびに前記開始部位の前 記プラスセンス配列に対して自己相補的である3’末端プライミング配列を有し てなるものであり、 (iii)前記リボヌクレアーゼが前記RNA−DNAハイブリッドを形 成するRNAを加水分解し、 (iv)前記DNA第2鋳型の前記3’末端プライミング配列が前記開始 部位の前記プラスセンス配列にハイブリッド形成し、 (v)前記DNAポリメラーゼが前記DNA第2鋳型を鋳型として用い て、前記DNA第2鋳型の延長によって前記プロモーターを合成し、 (vi)前記RNAポリメラーゼがプロモーターの認識およびDNA第2 鋳型の転写を行うことで、前記RNA第1鋳 型のコピーを提供する サイクルが行われるような条件下で行われる前記段階; ならびにそれ以降、 (C)前記特定核酸配列の所望の増幅を行うのに十分な時間、前記条件を維持 する段階 を有してなる方法。 2. 段階(B)がさらに、前記反応媒体に、DNAリガーゼ;前記特定核酸配 列に対して相補的な3’末端プライミング配列、前記プロモーターおよび前記開 始部位の前記マイナスセンス配列、前記開始部位の前記マイナスセンス配列に対 して自己相補的である5’末端配列ならびに5’末端ホスフェート基を有してな る第2のオリゴヌクレオチドプライマーを加える段階と、前記反応媒体中に前記 特定核酸配列を有してなる一本鎖RNAを提供する段階を有することで、 (i)前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーが前記一本鎖RNAに ハイブリッド形成し、 (ii)前記DNAポリメラーゼが前記一本鎖RNAを鋳型として用いて 、前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することで相補的DNAを合 成し、それによってRNA −DNAハイブリッドを形成し、 (iii)前記リボヌクレアーゼが前記RNA−DNAハイブリッドを形 成するRNAを加水分解し、 (iv)前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが前記相補的DNAに 対してハイブリッド形成し、 (v)前記DNAポリメラーゼが前記相補的DNAを鋳型として用いて 、前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーの延長によって前記第2のオリゴヌ クレオチドプライマーを末端とするDNAセグメントを合成し、 (vi)前記DNAリガーゼが、前記DNAセグメントと前記第2のオリ ゴヌクレオチドプライマーとを結合させ、それによってDNA第2鋳型を形成し 、 (vii)前記RNAポリメラーゼが前記プロモーターの認識および前記 DNA第2鋳型の転写を行うことで、前記RNA第1鋳型のコピーを提供する ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 3. 段階(A)の前に、最初の反応媒体に、DNAリガーゼ;前記特定核酸配 列に対して相補的な3’末端プライミング配列、前記プロモーターおよび前記開 始部位の前記マイナスセンス配 列、前記開始部位の前記マイナスセンス配列に対して自己相補的である5’末端 配列ならびに5’末端ホスフェート基を有してなる第2のオリゴヌクレオチドプ ライマーを加え、前記最初の反応媒体中に前記特定核酸配列を有してなる一本鎖 DNAを提供することで、 (i)前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーが前記一本鎖DNAに ハイブリッド形成し、 (ii)前記DNAポリメラーゼが前記一本鎖DNAを鋳型として用いて 、前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することで相補的DNAを合 成し、それによってDNA−DNAハイブリッドを形成し、 (iii)前記DNA−DNAハイブリッドが変性し、 (iv)前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが前記相補的DNAに 対してハイブリッド形成し、 (v)前記DNAポリメラーゼが前記相補的DNAを鋳型として用いて 、前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーの延長によって前記第2のオリゴヌ クレオチドプライマーを末端とするDNAセグメントを合成し、 (vi)前記DNAリガーゼが、前記DNAセグメント と前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーとを結合させ、それによってDNA 第2鋳型を形成し、 (vii)前記RNAポリメラーゼが前記プロモーターの認識および前記 DNA第2鋳型の転写を行うことで、段階(A)、段階(B)および段階(C) の前記反応媒体用の前記RNA第1鋳型のコピーを提供するようにする ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 4. 段階(B)がさらに、前記一本鎖DNAを含む二本鎖DNAを加える段階 を有してなる請求項3に記載の方法。 5. 段階(B)がさらに、前記反応媒体に、前記特定核酸配列に対して相補的 な3’末端プライミング配列、前記プロモーターおよび前記開始部位の前記マイ ナスセンス配列、前記開始部位の前記マイナスセンス配列に対して自己相補的で ある5’末端配列、さらに5’末端オリゴリボヌクレオチドセグメントを有して なる第2のオリゴヌクレオチドプライマーを加える段階と、前記反応媒体中に前 記特定核酸配列を有してなる一本鎖RNAを提供する段階を有することで、 (i)前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーが前記一本鎖RNAに ハイブリッド形成し、 (ii)前記DNAポリメラーゼが前記一本鎖RNAを鋳型として用いて 、前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することで相補的DNAを合 成し、それによってRNA−DNAハイブリッドを形成し、 (iii)前記リボヌクレアーゼが前記RNA−DNAハイブリッドを形 成するRNAを加水分解し、 (iv)前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが前記相補的DNAに 対してハイブリッド形成し、 (v)前記DNAポリメラーゼが前記相補的DNAを鋳型として用いて 、DNA鎖を合成し、 (vi)前記リボヌクレアーゼが、前記相補的DNA内の前記第2プライ マーのRNAを加水分解し、 (vii)前記DNA鎖の3’末端が前記DNA鎖の相補的配列にハイブ リッド形成することで、3’−ステムループ構造を形成し、 (viii)前記DNAポリメラーゼが前記DNA鎖の前記3’末端を延長 して、前記プロモーターを提供し、 (ix)前記RNAポリメラーゼが前記プロモーターの認識および前記D NA第2鋳型の転写を行うことで、前記RN A第1鋳型のコピーを提供する ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 6. 段階(B)がさらに、前記反応媒体に、DNAリガーゼ、ならびに前記特 定核酸配列に対して相補的な配列、前記プロモーターと前記開始部位のマイナス センス配列、前記開始部位の前記マイナスセンス配列に対して自己相補的である 5’末端配列および5’末端ホスフェート基を有してなる一本鎖DNAを加える 段階を有することで、 (i)前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが前記一本鎖DNAに ハイブリッド形成し、 (ii)前記DNAポリメラーゼが前記一本鎖DNAを鋳型として用いて 、前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することで前記5’末端配列 を末端とするDNAセグメントを合成し、 (iii)前記DNAリガーゼが前記DNAセグメントと前記一本鎖DN Aを結合させることで、DNA第2鋳型を形成し、 (iv)前記RNAポリメラーゼが前記プロモーターの認識および前記D NA第2鋳型の転写を行うことで、前記 RNA第1鋳型のコピーを提供する ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 7. 段階(B)がさらに、前記反応媒体に、前記一本鎖DNAを有してなるR NA−DNAハイブリッドを加える段階を有することで、前記リボヌクレアーゼ が前記RNA−DNAハイブリッドを形成するRNAを加水分解することを特徴 とする請求項6に記載の方法。 8. 比較的一定の温度で、試薬を連続的に加えることなく、特定核酸配列を増 幅する方法であって、 (A)(i)RNAポリメラーゼ、 (ii)DNAポリメラーゼ、 (iii)一本鎖もしくは二本鎖のRNAもしくはDNAを加水分解する ことなくRNA−DNAハイブリッドのRNAを加水分解するリボヌクレアーゼ 、ならびに (iv)リボヌクレシド三リン酸およびデオキシリボヌクレオシド三リン 酸 を有してなる試薬を含む単一の反応媒体を提供する段階; (B)前記特定核酸配列に対して相補的な配列、前記RNAポリメラーゼによ って認識されるプロモーターおよび開始部位 のマイナスセンス配列、少なくとも前記プロモーターおよび開始部位のマイナス センス配列に対して自己相補的である5’末端配列ならびにRNA第1鋳型の相 補的配列にハイブリッド形成することでRNA:RNAステムループを形成する 3’末端プライミング配列を有してなるRNA第1鋳型を有してなるRNAを前 記反応媒体に提供する段階であって、 (i)前記DNAポリメラーゼが前記RNA第1鋳型を用いて、前記3 ’末端プライミング配列を延長することでDNA第2鋳型を合成し、それによっ てRNA−DNAハイブリッドを形成し、前記DNA第2鋳型は前記プロモータ ーおよび前記開始部位のプラスセンス配列ならびに前記開始部位の前記プラスセ ンス配列に対して自己相補的である3’末端プライミング配列を有してなるもの であり、 (ii)前記リボヌクレアーゼが前記RNA−DNAハイブリッドのRN Aを加水分解するが、前記RNA−RNAステムループのRNAは加水分解せず 、 (iii)前記DNA第2鋳型の前記3’末端プライミング配列が前記開 始部位の前記プラスセンス配列にハイブリッド形成し、 (iv)前記DNAポリメラーゼが前記DNA第2鋳型を鋳型として用い て、前記DNA第2鋳型の延長によって前記プロモーターを合成し、 (v)前記RNAポリメラーゼがプロモーターの認識およびDNA第2 鋳型の転写を行うことで、前記RNA第1鋳型のコピーを提供する サイクルが行われるような条件下で行われる前記段階; ならびにそれ以降、 (C)前記特定核酸配列の所望の増幅を行うのに十分な時間、前記条件を維持 する段階 を有してなる前記方法。 9. 段階(B)が、5’ 自己相補的配列を有してなる第1のオリゴヌクレオ チドプライマーを提供する段階を含む請求項8に記載の方法。 10. 段階(B)がさらに、前記反応媒体に、DNAリガーゼ;5’相補的配 列を有してなる第1のオリゴヌクレオチドプライマー;前記特定核酸配列に対し て相補的な3’末端プライミング配列、前記プロモーターおよび前記開始部位の 前記マイナスセンス配列、前記開始部位の前記マイナスセンス配列に対 して自己相補的である5’末端配列ならびに5’末端ホスフェート基を有してな る第2のオリゴヌクレオチドプライマーを加える段階と、前記反応媒体中に前記 特定核酸配列を有してなる一本鎖RNAを提供する段階を有することで、 (i)前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーが前記一本鎖RNAに ハイブリッド形成し、 (ii)前記DNAポリメラーゼが前記一本鎖RNAを鋳型として用いて 、前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することで相補的DNAを合 成し、それによってRNA−DNAハイブリッドを形成し、 (iii)前記リボヌクレアーゼが前記RNA−DNAハイブリッドを形 成するRNAを加水分解し、 (iv)前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが前記相補的DNAに 対してハイブリッド形成し、 (v)前記DNAポリメラーゼが前記相補的DNAを鋳型として用いて 、前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーの延長によって前記第2のオリゴヌ クレオチドプライマーを末端とするDNAセグメントを合成し、 (vi)前記DNAリガーゼが、前記DNAセグメント と前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーとを結合させ、それによってDNA 第2鋳型を形成し、 (vii)前記RNAポリメラーゼが前記プロモーターの認識および前記 DNA第2鋳型の転写を行うことで、前記RNA第1鋳型のコピーを提供する ことを特徴とする請求項8に記載の方法。 11. 段階(A)の前に、最初の反応媒体中に、DNAリガーゼ;5’相補的 配列を有してなる第1のオリゴヌクレオチドプライマー;前記特定核酸配列に対 して相補的な3’末端プライミング配列、前記プロモーターおよび前記開始部位 の前記マイナスセンス配列、前記開始部位の前記マイナスセンス配列に対して自 己相補的である5’末端配列ならびに5’末端ホスフェート基を有してなる第2 のオリゴヌクレオチドプライマーを加え、前記最初の反応媒体中に前記特定核酸 配列を有してなる一本鎖DNAを提供することで、 (i)前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーが前記一本鎖DNAに ハイブリッド形成し、 (ii)前記DNAポリメラーゼが前記一本鎖DNAを鋳型として用いて 、前記第2のオリゴヌクレオチドプライマー を延長することで相補的DNAを合成し、それによってDNA−DNAハイブリ ッドを形成し、 (iii)前記DNA−DNAハイブリッドが変性し、 (iv)前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが前記相補的DNAに 対してハイブリッド形成し、 (v)前記DNAポリメラーゼが前記相補的DNAを鋳型として用いて 、前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーの延長によって前記第2のオリゴヌ クレオチドプライマーを末端とするDNAセグメントを合成し、 (vi)前記DNAリガーゼが、前記DNAセグメントと前記第2のオリ ゴヌクレオチドプライマーとを結合させ、それによってDNA第2鋳型を形成し 、 (vii)前記RNAポリメラーゼが前記プロモーターの認識および前記 DNA第2鋳型の転写を行うことで、段階(A)、段階(B)および段階(C) の前記反応媒体用の前記RNA第1鋳型のコピーを提供するようにする ことを特徴とする請求項8に記載の方法。 12. 段階(B)がさらに、前記反応媒体に、5’相補的配列を有してなる第 1のオリゴヌクレオチドプライマー;前記特 定核酸配列に対して相補的な3’末端プライミング配列、前記プロモーターおよ び前記開始部位の前記マイナスセンス配列、前記開始部位の前記マイナスセンス 配列に対して自己相補的である5’末端配列、さらに5’末端オリゴリボヌクレ オチドセグメントを有してなる第2のオリゴヌクレオチドプライマーを加える段 階と、前記反応媒体中に前記特定核酸配列を有してなる一本鎖RNAを提供する 段階を有することで、 (i)前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーが前記一本鎖RNAに ハイブリッド形成し、 (ii)前記DNAポリメラーゼが前記一本鎖RNAを鋳型として用いて 、前記第2のオリゴヌクレオチドプライマーを延長することで相補的DNAを合 成し、それによってRNA−DNAハイブリッドを形成し、 (iii)前記リボヌクレアーゼが前記RNA−DNAハイブリッドを形 成するRNAを加水分解し、 (iv)前記第1のオリゴヌクレオチドプライマーが前記相補的DNAに 対してハイブリッド形成し、 (v)前記DNAポリメラーゼが前記相補的DNAを鋳型として用いて 、DNA鎖を合成し、 (vi)前記リボヌクレアーゼが、前記相補的DNA内の前記第2プライ マーのRNAを加水分解し、 (vii)前記DNA鎖の3’末端が前記DNAの相補的配列にハイブリ ッド形成することで、3’−ステムループ構造を形成し、 (viii)前記DNAポリメラーゼが前記DNA鎖の前記3’末端を延長 して、前記プロモーターを提供し、 (ix)前記RNAポリメラーゼが前記プロモーターの認識および前記D NA第2鋳型の転写を行うことで、前記RNA第1鋳型のコピーを提供する ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 13. 前記RNAポリメラーゼがバクテリオファージT7 RNAポリメラー ゼであり、前記開始部位の前記マイナスセンス配列と前記プロモーターの前記マ イナスセンス配列が一緒になって5′-AATTCTAATACGACTCACTATAGGGAGA-3′(配列 番号5のヌクレオチド1〜28)に対して相補的なヌクレオチド配列を有してな る請求項1に記載の方法。 14. 段階(B)がさらに、サンプルがそれによって前記特定核酸配列を有す るRNA第1鋳型を有してなるRNAを提供 する場合に、前記サイクルが起こるような条件下で、前記反応媒体にサンプルを 加える段階を有してなり、 さらには段階(C)後に、前記試薬のいずれかの消費または前記サイクルのい ずれかの生成物の蓄積について、前記反応媒体をモニタリングする段階(D)を 有してなる ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 15. 前記リボヌクレアーゼが仔ウシ胸腺リボヌクレアーゼHを含む請求項1 に記載の方法。 16. 前記RNAポリメラーゼがバクテリオファージRNAポリメラーゼであ る請求項1に記載の方法。 17. 前記RNAポリメラーゼが、バクテリオファージT7 RNAポリメラ ーゼ、バクテリオファージT3ポリメラーゼ、バクテリオファージφIIポリメ ラーゼ、サルモネラバクテリオファージsp6ポリメラーゼ、シュードモナスバ クテリオファージgh−1ポリメラーゼからなる群から選択されるポリメラーゼ である請求項16に記載の方法。 18. 前記DNAポリメラーゼが、レトロウィルス逆転写酵素である請求項1 に記載の方法。 19. 前記レトロウィルス逆転写酵素が、トリ骨髄性白血病 ウィルスポリメラーゼ、モロニーマウス白血病ウィルスポリメラーゼからなる群 から選択されるものである請求項18に記載の方法。 20. 前記DNAポリメラーゼがエキソヌクレアーゼ活性を持たない請求項1 に記載の方法。 21. 前記反応媒体中の全てのDNAポリメラーゼが、エキソヌクレアーゼ活 性およびDNAエンドヌクレアーゼ活性を持たない請求項1に記載の方法。 22. 前記DNAポリメラーゼが、トリ骨髄性白血病ウィルスポリメラーゼ、 DNAポリメラーゼもしくはDNAポリメラーゼβ、仔ウシ胸腺DNAポリメラ ーゼからなる群から選択されるものである請求項1に記載の方法。 23. 段階(C)が、30分間〜4時間の期間、前記条件を維持する段階を有 してなる請求項1に記載の方法。 24. 前記サイクルのDNA生成物をクローニングベクターに連結する段階お よび次に前記DNA生成物をクローニングする段階をさらに有してなる請求項1 に記載の方法。 25. 発現系で前記サイクルの前記DNA生成物によってコードされた生成物 を発現する段階をさらに有してなる請求項 24に記載の方法。
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